JP2020170849A - 半導体装置 - Google Patents

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Toshinari Sasaki
俊成 佐々木
大原　宏樹
Hiroki Ohara
宏樹 大原
坂田　淳一郎
Junichiro Sakata
淳一郎 坂田
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Abstract

【課題】安定した電気特性を有する薄膜トランジスタを有する、信頼性のよい半導体装置を提供することを課題の一とする。また、高信頼性の半導体装置を低コストで生産性よく作製することを課題の一とする。【解決手段】チャネル形成領域として酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法において、酸化物半導体層を窒素雰囲気下で加熱して低抵抗化し、低抵抗な酸化物半導体層を形成する。また、低抵抗な酸化物半導体層においてゲート電極層と重なる領域を選択的に高抵抗化して高抵抗な酸化物半導体領域を形成する。酸化物半導体層の高抵抗化は、該酸化物半導体層に接して、スパッタ法により酸化珪素を形成することによって行う。【選択図】図１

Description

酸化物半導体を用いる半導体装置及びその作製方法に関する。
金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いられている。酸化インジウムはよく知ら
れた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透明電極材料として用いられてい
る。
金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物としては
、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このよう
な半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とする薄膜トランジスタが既に知られ
ている（特許文献１乃至４、非特許文献１参照。）。
ところで、金属酸化物は一元系酸化物のみでなく多元系酸化物も知られている。例えば、
ホモロガス相を有するＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎ
を有する多元系酸化物半導体として知られている（非特許文献２乃至４参照。）。
そして、上記のようなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物で構成される酸化物半導体を薄膜トラン
ジスタのチャネル層として適用可能であることが確認されている（特許文献５、非特許文
献５及び６参照。）。
特開昭６０−１９８８６１号公報 特開平８−２６４７９４号公報 特表平１１−５０５３７７号公報 特開２０００−１５０９００号公報 特開２００４−１０３９５７号公報
Ｍ． Ｗ． Ｐｒｉｎｓ， Ｋ． Ｏ． Ｇｒｏｓｓｅ−Ｈｏｌｚ， Ｇ． Ｍｕｌｌｅｒ， Ｊ． Ｆ． Ｍ． Ｃｉｌｌｅｓｓｅｎ， Ｊ． Ｂ． Ｇｉｅｓｂｅｒｓ， Ｒ． Ｐ． Ｗｅｅｎｉｎｇ， ａｎｄ Ｒ． Ｍ． Ｗｏｌｆ、「Ａ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」、 Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．、１７ Ｊｕｎｅ １９９６、 Ｖｏｌ．６８ ｐ．３６５０−３６５２ Ｍ． Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｎ． Ｋｉｍｉｚｕｋａ， ａｎｄ Ｔ． Ｍｏｈｒｉ、「Ｔｈｅ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２ＺｎＯ４−ＺｎＯ Ｓｙｓｔｅｍ ａｔ １３５０℃」、Ｊ． Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９９１、Ｖｏｌ．９３， ｐ．２９８−３１５ Ｎ． Ｋｉｍｉｚｕｋａ， Ｍ． Ｉｓｏｂｅ， ａｎｄ Ｍ． Ｎａｋａｍｕｒａ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｅｓ ａｎｄ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄａｔａ ｏｆ Ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ， Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝３，４， ａｎｄ ５）， ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）３， ａｎｄ Ｇａ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝７，８，９， ａｎｄ １６） ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＧａ２Ｏ４−ＺｎＯ Ｓｙｓｔｅｍ」、 Ｊ． Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９９５、Ｖｏｌ．１１６， ｐ．１７０−１７８ 中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彦、磯部光正、「ホモロガス相、ＩｎＦｅＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ：自然数）とその同型化合物の合成および結晶構造」、固体物理、１９９３年、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．５、ｐ．３１７−３２７ Ｋ． Ｎｏｍｕｒａ， Ｈ． Ｏｈｔａ， Ｋ． Ｕｅｄａ， Ｔ． Ｋａｍｉｙａ， Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， ａｎｄ Ｈ． Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」、ＳＣＩＥＮＣＥ、２００３、Ｖｏｌ．３００、ｐ．１２６９−１２７２ Ｋ． Ｎｏｍｕｒａ， Ｈ． Ｏｈｔａ， Ａ． Ｔａｋａｇｉ， Ｔ． Ｋａｍｉｙａ， Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， ａｎｄ Ｈ． Ｈｏｓｏｎｏ、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、２００４、Ｖｏｌ．４３２ ｐ．４８８−４９２
安定した電気特性を有する薄膜トランジスタを有する、信頼性のよい半導体装置を作製し
、提供することを課題の一とする。
チャネル形成領域を含む半導体層を酸化物半導体層とする薄膜トランジスタを有する半導
体装置の作製方法において、酸化物半導体層を形成後、窒素雰囲気下において加熱処理を
行い、かつ加熱処理された酸化物半導体層においてゲート電極層と重なる領域に接してス
パッタ法による酸化珪素膜を形成する。
酸化物半導体層は窒素雰囲気下における加熱処理によって、低抵抗化（電気伝導率が高ま
る、好ましくは電気伝導率１×１０−１Ｓ／ｃｍ以上１×１０２Ｓ／ｃｍ以下）し、低抵
抗化した酸化物半導体層とすることができる。一方、低抵抗化した酸化物半導体層に接し
てスパッタ法により酸化珪素膜を形成すると、低抵抗化した酸化物半導体層において少な
くとも酸化珪素膜と接する領域を高抵抗化（電気伝導率が低まる）し、高抵抗化酸化物半
導体領域とすることができる。
本明細書において、成膜した時の酸化物半導体層を第１の酸化物半導体層ともいい、第１
の酸化物半導体層を窒素雰囲気下で加熱し低抵抗化した酸化物半導体層を第２の酸化物半
導体層ともいい、第２の酸化物半導体層に接してスパッタ法で酸化珪素膜を形成し、第２
の酸化物半導体層において酸化珪素膜と接する領域を第２の酸化物半導体層より高抵抗化
した領域として有する酸化物半導体層を第３の酸化物半導体層ともいう。本明細書におい
て、第２の酸化物半導体層は第１の酸化物半導体層より抵抗が低く、第３の酸化物半導体
層の高抵抗化した領域は第２の酸化物半導体層より抵抗が高い。よって第１の酸化物半導
体層と第３の酸化物半導体層の高抵抗化した領域の抵抗はどちらが高くても低くてもよい
（どちらの場合もありうる）。
高抵抗化酸化物半導体領域をチャネル形成領域として用いることによって、薄膜トランジ
スタの電気特性は安定化し、オフ電流の増加などを防止することができる。
窒素雰囲気下における酸化物半導体層の加熱処理は温度２００度以上で行うことが好まし
い。窒素雰囲気下における酸化物半導体層の加熱処理は、ソース電極層及びドレイン電極
層の形成後に行ってもよい。
また、酸化物半導体層は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は
希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成すること
ができる。
酸化珪素膜は、薄膜トランジスタの保護絶縁層としても機能する。酸化珪素膜のスパッタ
法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（
代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。
保護絶縁層となる酸化珪素膜を形成後、窒素雰囲気下、又は大気雰囲気下（大気中）にお
いて薄膜トランジスタに加熱処理（好ましくは温度３００度以下）を行ってもよい。該加
熱処理を行うと薄膜トランジスタの電気的特性のばらつきを軽減することができる。
従って、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有する半導体装置を作製し、
提供することが可能となる。
酸化物半導体層としては、半導体特性を有する酸化物材料を用いればよい。例えば、Ｉｎ
ＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体を用いることができ、特
に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いるのが好ましい。なお、Ｍは、ガリウム
（Ｇａ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びコバルト（Ｃｏ）から
選ばれた一の金属元素又は複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａの場合があるこ
との他、ＧａとＮｉ又はＧａとＦｅなど、Ｇａ以外の上記金属元素が含まれる場合がある
。また、上記酸化物半導体において、Ｍとして含まれる金属元素の他に、不純物元素とし
てＦｅ、Ｎｉその他の遷移金属元素、又は該遷移金属の酸化物が含まれているものがある
。本明細書においては、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半
導体のうち、Ｍとして少なくともＧａを含む構造の酸化物半導体をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ
系酸化物半導体と呼び、該薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜とも呼ぶ。
また、酸化物半導体層に適用する酸化物半導体として上記の他にも、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−
Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓ
ｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ
−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体を適用することができる。また上記酸化
物半導体層に酸化珪素を含ませてもよい。
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層を形
成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成
し、酸化物半導体層を窒素雰囲気下で加熱し、加熱した酸化物半導体層上にソース電極層
及びドレイン電極層を形成し、ゲート絶縁層、加熱した酸化物半導体層、ソース電極層、
及びドレイン電極層上に加熱した酸化物半導体層の一部と接する酸化珪素膜をスパッタ法
により形成する。
本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層
を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を
形成し、酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、酸化物半導体層
及びソース電極層及びドレイン電極層を窒素雰囲気下で加熱し、ゲート絶縁層、加熱した
酸化物半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層上に加熱した酸化物半導体層の一部
と接する酸化珪素膜をスパッタ法により形成する。
本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層
を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にソース電極層及び
ドレイン電極層を形成し、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物半導体層を形成し
、酸化物半導体層を窒素雰囲気下で加熱し、ゲート絶縁層、ソース電極層、ドレイン電極
層、及び加熱した酸化物半導体層上に加熱した酸化物半導体層と接する酸化珪素膜をスパ
ッタ法により形成する。
本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層
を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に第１の酸化物半導
体層を形成し、第１の酸化物半導体層を窒素雰囲気下で加熱して低抵抗化し、低抵抗化し
た第２の酸化物半導体層上に導電膜を形成し、導電膜を選択的にエッチングして、ゲート
電極層と重なる第２の酸化物半導体層の一部を露出し、かつソース電極層及びドレイン電
極層を形成し、第２の酸化物半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層上に酸化珪素
膜をスパッタ法により形成して、第２の酸化物半導体層の酸化珪素膜と接する領域を第２
の酸化物半導体層より高抵抗化する。
本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層
を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に第１の酸化物半導
体層を形成し、第１の酸化物半導体層上に導電膜を形成し、導電膜を選択的にエッチング
して、ゲート電極層と重なる第１の酸化物半導体層の一部を露出し、かつソース電極層及
びドレイン電極層を形成し、第１の酸化物半導体層、ソース電極層及びドレイン電極層を
窒素雰囲気下で加熱して第１の酸化物半導体層を低抵抗化し、低抵抗化した第２の酸化物
半導体層、ソース電極層、及びドレイン電極層上に酸化珪素膜をスパッタ法により形成し
て、第２の酸化物半導体層の酸化珪素膜と接する領域を第２の酸化物半導体層より高抵抗
化する。
本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層
を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に導電膜を形成し、
導電膜を選択的にエッチングしてソース電極層及びドレイン電極層を形成し、ソース電極
層及びドレイン電極層上に第１の酸化物半導体層を形成し、第１の酸化物半導体層を窒素
雰囲気下で加熱して低抵抗化し、低抵抗化した第２の酸化物半導体層上に酸化珪素膜をス
パッタ法により形成して、第２の酸化物半導体層の酸化珪素膜と接する領域を第２の酸化
物半導体層より高抵抗化する。
また、薄膜トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、ゲート線またはソース
線に対して、駆動回路保護用の保護回路を同一基板上に設けることが好ましい。保護回路
は、酸化物半導体を用いた非線形素子を用いて構成することが好ましい。
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を
示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称
を示すものではない。
また、駆動回路を有する表示装置としては、液晶表示装置の他に、発光素子を用いた発光
表示装置や、電気泳動表示素子を用いた電子ペーパーとも称される表示装置が挙げられる
。
発光素子を用いた発光表示装置においては、画素部に複数の薄膜トランジスタを有し、画
素部においてもある薄膜トランジスタのゲート電極と他のトランジスタのソース配線、或
いはドレイン配線を接続させる箇所を有している。また、発光素子を用いた発光表示装置
の駆動回路においては、薄膜トランジスタのゲート電極とその薄膜トランジスタのソース
配線、或いはドレイン配線を接続させる箇所を有している。
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
安定した電気特性を有する薄膜トランジスタを作製し、提供することができる。よって、
電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有する半導体装置を提供することがで
きる。
半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置の作製方法を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置の画素等価回路を説明する図。 半導体装置を説明する図。 半導体装置のブロック図を説明する図。 信号線駆動回路の構成を説明する図。 信号線駆動回路の動作を説明するタイミングチャート。 信号線駆動回路の動作を説明するタイミングチャート。 シフトレジスタの構成を説明する図。 図１８に示すフリップフロップの接続構成を説明する図。 半導体装置を説明する図。 電子ペーパーの使用形態の例を説明する図。 電子書籍の一例を示す外観図。 テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す外観図。 遊技機の例を示す外観図。 コンピュータ及び携帯電話機の一例を示す外観図。 薄膜トランジスタの電気特性評価の結果を示す図。 薄膜トランジスタの電気特性評価の結果を示す図。 半導体装置の作製方法を説明する図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の説明に限定されず、趣
旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者
であれば容易に理解される。従って、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。なお、以下に説明する構成において、同一部分又は同様な機能を有す
る部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
半導体装置及び半導体装置の作製方法を図１、図２及び図２８を用いて説明する。
図２（Ａ）は半導体装置の有する薄膜トランジスタ４７０の平面図であり、図２（Ｂ）は
図２（Ａ）の線Ｃ１−Ｃ２における断面図である。薄膜トランジスタ４７０は逆スタガ型
の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板である基板４００上に、ゲート電極層
４０１、ゲート絶縁層４０２、半導体層４０３、ソース電極層又はドレイン電極層４０５
ａ、４０５ｂを含む。また、薄膜トランジスタ４７０を覆い、半導体層４０３に接する絶
縁膜４０７が設けられている。
半導体層４０３は、少なくとも絶縁膜４０７と接する領域が高抵抗化酸化物半導体領域で
あり、該高抵抗化酸化物半導体領域をチャネル形成領域として用いることができる。
高抵抗化酸化物半導体領域をチャネル形成領域として用いることによって、薄膜トランジ
スタの電気特性は安定化し、オフ電流の増加などを防止することができる。
なお、酸化物半導体層である半導体層４０３と接するソース電極層又はドレイン電極層４
０５ａ、４０５ｂとして、酸素親和性の高い金属を含有する材料を用いていることが好ま
しい。上記酸素親和性の高い金属は、チタン、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、
ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数から選択された材料である
ことが好ましい。半導体層４０３と、酸素親和性の高い金属層とを接触させて熱処理を行
うと、半導体層４０３から金属層へと酸素原子が移動し、界面付近においてキャリア密度
が増加し低抵抗な領域が形成される。よって、薄膜トランジスタ４７０において、コンタ
クト抵抗が低く、オン電流は高くすることができる。該低抵抗な領域は界面を有する膜状
であってもよい。
従って、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタ４７０を有する半導体装置を作
製し、提供することが可能となる。
チャネル形成領域を含む半導体層４０３としては、半導体特性を有する酸化物材料を用い
ればよい。例えば、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体
を用いることができ、特に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いるのが好ましい
。なお、Ｍは、ガリウム（Ｇａ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及
びコバルト（Ｃｏ）から選ばれた一の金属元素又は複数の金属元素を示す。例えばＭとし
て、Ｇａの場合があることの他、ＧａとＮｉ又はＧａとＦｅなど、Ｇａ以外の上記金属元
素が含まれる場合がある。また、上記酸化物半導体において、Ｍとして含まれる金属元素
の他に、不純物元素としてＦｅ、Ｎｉその他の遷移金属元素、又は該遷移金属の酸化物が
含まれているものがある。本明細書においては、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表
記される構造の酸化物半導体のうち、Ｍとして少なくともＧａを含む構造の酸化物半導体
をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体と呼び、該薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結
晶膜とも呼ぶ。
また、酸化物半導体層に適用する酸化物半導体として上記の他にも、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−
Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓ
ｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ
−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体を適用することができる。また上記酸化
物半導体に酸化珪素を含ませてもよい。
図２（Ａ）乃至（Ｄ）に薄膜トランジスタ４７０の作製工程の断面図を示す。
図２（Ａ）において、絶縁表面を有する基板である基板４００上にゲート電極層４０１を
設ける。下地膜となる絶縁膜を基板４００とゲート電極層４０１の間に設けてもよい。下
地膜は、基板４００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪
素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造
により形成することができる。ゲート電極層４０１の材料は、モリブデン、チタン、クロ
ム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料
又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる
。
例えば、ゲート電極層４０１の２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン
層が積層された２層の積層構造、または銅層上にモリブデン層を積層した２層構造、また
は銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタル層を積層した２層構造、窒化チタン層とモ
リブデン層とを積層した２層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タン
グステン層または窒化タングステン層と、アルミニウムとシリコンの合金層またはアルミ
ニウムとチタンの合金層と、窒化チタン層またはチタン層とを積層した積層とすることが
好ましい。
ゲート電極層４０１上にゲート絶縁層４０２を形成する。
ゲート絶縁層４０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコ
ン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層又は窒化酸化シリコン層を単層で又は積層し
て形成することができる。例えば、成膜ガスとして、ＳｉＨ４、酸素及び窒素を用いてプ
ラズマＣＶＤ法により酸化窒化シリコン層を形成すればよい。また、ゲート絶縁層４０２
として、有機シランガスを用いたＣＶＤ法により酸化シリコン層を形成することも可能で
ある。有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）
、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラ
シロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキ
サメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（化学式ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３
）、トリスジメチルアミノシラン（化学式ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含
有化合物を用いることができる。
ゲート絶縁層４０２上に、酸化物半導体膜を形成する。
なお、酸化物半導体膜をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズ
マを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層４０２の表面に付着しているゴミを除去
することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲
気下で基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改
質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。
また、アルゴン雰囲気に酸素、Ｎ２Ｏなどを加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴ
ン雰囲気にＣｌ２、ＣＦ４などを加えた雰囲気で行ってもよい。
酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を用いる。酸化物半導体膜は、
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法により成膜する。ま
た、酸化物半導体膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希
ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することが
できる。
ゲート絶縁層４０２、及び酸化物半導体膜を大気に触れさせることなく連続的に形成して
もよい。大気に触れさせることなく連続成膜することで、界面が、水やハイドロカーボン
などの、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形成
することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。
酸化物半導体膜をフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層である酸化物半導
体層４３０（第１の酸化物半導体層）に加工する（図１（Ａ）参照。）。
酸化物半導体層４３０に窒素雰囲気下において加熱処理を行う。酸化物半導体層４３０は
窒素雰囲気下における加熱処理によって、低抵抗化（電気伝導率が高まる、好ましくは電
気伝導率１×１０−１Ｓ／ｃｍ以上１×１０２Ｓ／ｃｍ以下）し、低抵抗化した酸化物半
導体層４３１（第２の酸化物半導体層）とすることができる（図１（Ｂ）参照。）。
窒素雰囲気下における酸化物半導体層４３０の加熱処理は温度２００度以上で行うことが
好ましい。窒素雰囲気下における酸化物半導体層の加熱処理は、島状の酸化物半導体層４
３０に加工する前の酸化物半導体膜に行ってもよい。
ゲート絶縁層４０２、及び酸化物半導体層４３１上に導電膜を形成する。
導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上
述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。
また、導電膜の材料としては、酸素親和性の高い金属であるチタン膜を用いると好ましい
。また、チタン膜上に上記Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述し
た元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜などを積層してもよい。
また、２００℃〜６００℃の熱処理を行う場合には、この熱処理に耐える耐熱性を導電膜
に持たせることが好ましい。Ａｌ単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しやすい等の問題点が
あるので耐熱性導電性材料と組み合わせて形成する。Ａｌと組み合わせる耐熱性導電性材
料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素、ま
たは上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜、または上述
した元素を成分とする窒化物で形成する。
酸化物半導体層４３１、導電膜をエッチング工程によりエッチングし、酸化物半導体層４
３２、及びソース電極層又はドレイン電極層４０５ａ、４０５ｂを形成する（図１（Ｃ）
参照。）。なお、酸化物半導体層４３１は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有
する酸化物半導体層４３２となる。
窒素雰囲気下における酸化物半導体層の加熱処理は、図２８（Ａ）乃至（Ｄ）のようにソ
ース電極層又はドレイン電極層４０５ａ、４０５ｂの形成後に行ってもよい。絶縁表面を
有する基板４００上にゲート電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、酸化物半導体層４３０
を形成する（図２８（Ａ）参照。）。酸化物半導体層４３０上にソース電極層又はドレイ
ン電極層４０５ａ、４０５ｂを形成し、酸化物半導体層４３０の一部エッチングして酸化
物半導体層４４１を形成する（図２８（Ｂ）参照。）。次に酸化物半導体層４４１、及び
ソース電極層又はドレイン電極層４０５ａ、４０５ｂに窒素雰囲気下における加熱処理を
行う。その加熱処理によって酸化物半導体層４４１は低抵抗化され、低抵抗化した酸化物
半導体層４３２とすることができる（図２８（Ｃ）参照。）。
酸化物半導体層４３２に接してスパッタ法による酸化珪素膜を絶縁膜４０７として形成す
る。低抵抗化した酸化物半導体層４３２に接してスパッタ法により酸化珪素膜である絶縁
膜４０７を形成すると、低抵抗化した酸化物半導体層４３２において少なくとも酸化珪素
膜である絶縁膜４０７と接する領域を高抵抗化（電気伝導率が低まる）し、高抵抗化酸化
物半導体領域とすることができる。よって酸化物半導体層４３２は、高抵抗化酸化物半導
体領域を有する半導体層４０３（第３の酸化物半導体層）となり、薄膜トランジスタ４７
０を作製することができる（図１（Ｄ）及び図２８（Ｄ）参照。）。
絶縁膜４０７となる酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン
）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下におい
て行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットを用いても珪素ターゲ
ットを用いてもよい。例えば珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッ
タ法により酸化珪素膜を形成することができる。
また、絶縁膜４０７となる酸化珪素膜を形成後、窒素雰囲気下、又は大気雰囲気下（大気
中）において薄膜トランジスタ４７０に加熱処理（好ましくは温度３００度以下）を行っ
てもよい。例えば、窒素雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行う。該加熱処理を行う
と薄膜トランジスタ４７０の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
チャネル形成領域の半導体層は高抵抗化領域であるので、薄膜トランジスタの電気特性は
安定化し、オフ電流の増加などを防止することができる。よって、電気特性が良好で信頼
性のよい薄膜トランジスタを有する半導体装置とすることが可能となる。
（実施の形態２）
半導体装置及び半導体装置の作製方法を図３及び図４を用いて説明する。実施の形態１と
同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、実施の形態１と同様に行うことがで
き、繰り返しの説明は省略する。
図４（Ａ）は半導体装置の有する薄膜トランジスタ４６０の平面図であり、図４（Ｂ）は
図４（Ａ）の線Ｄ１−Ｄ２における断面図である。薄膜トランジスタ４６０はボトムゲー
ト型の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板である基板４５０上に、ゲート電
極層４５１、ゲート絶縁層４５２、ソース電極層又はドレイン電極層４５５ａ、４５５ｂ
、及び半導体層４５３を含む。また、薄膜トランジスタ４６０を覆い、半導体層４５３に
接する絶縁膜４５７が設けられている。半導体層４５３は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単
結晶膜を用いる。
薄膜トランジスタ４６０は、薄膜トランジスタ４６０を含む領域全てにおいてゲート絶縁
層４５２が存在し、ゲート絶縁層４５２と絶縁表面を有する基板である基板４５０の間に
ゲート電極層４５１が設けられている。ゲート絶縁層４５２上にはソース電極層又はドレ
イン電極層４５５ａ、４５５ｂが設けられている。そして、ゲート絶縁層４５２、及びソ
ース電極層又はドレイン電極層４５５ａ、４５５ｂ上に半導体層４５３が設けられている
。また、図示しないが、ゲート絶縁層４５２上にはソース電極層又はドレイン電極層４５
５ａ、４５５ｂに加えて配線層を有し、該配線層は半導体層４５３の外周部より外側に延
在している。
半導体層４５３は、少なくとも絶縁膜４５７と接する領域が高抵抗化酸化物半導体領域で
あり、該高抵抗化酸化物半導体領域をチャネル形成領域をとして用いることができる。
高抵抗化酸化物半導体領域をチャネル形成領域として用いることによって、薄膜トランジ
スタの電気特性は安定化し、オフ電流の増加などを防止することができる。
なお、酸化物半導体層である半導体層４５３と接するソース電極層又はドレイン電極層４
５５ａ、４５５ｂとして、酸素親和性の高い金属を含有する材料を用いていることが好ま
しい。上記酸素親和性の高い金属は、チタン、アルミニウム、マンガン、マグネシウム、
ジルコニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数から選択された材料である
ことが好ましい。半導体層４５３と、酸素親和性の高い金属層とを接触させて熱処理を行
うと、半導体層４５３から金属層へと酸素原子が移動し、界面付近においてキャリア密度
が増加し低抵抗な領域が形成される。よって、薄膜トランジスタ４６０において、コンタ
クト抵抗が低く、オン電流は高くすることができる。該低抵抗な領域は界面を有する膜状
であってもよい。
従って、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタ４６０を有する半導体装置を作
製し、提供することが可能となる。
図３（Ａ）乃至（Ｄ）に薄膜トランジスタ４６０の作製工程の断面図を示す。
絶縁表面を有する基板である基板４５０上にゲート電極層４５１を設ける。下地膜となる
絶縁膜を基板４５０とゲート電極層４５１の間に設けてもよい。下地膜は、基板４５０か
らの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜
、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することが
できる。ゲート電極層４５１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タング
ステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分と
する合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
ゲート電極層４５１上にゲート絶縁層４５２を形成する。
ゲート絶縁層４５２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコ
ン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層又は窒化酸化シリコン層を単層で又は積層し
て形成することができる。また、また、ゲート絶縁層４５２として、有機シランガスを用
いたＣＶＤ法により酸化シリコン層を形成することも可能である。
ゲート絶縁層４５２上に、導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程により島状のソース
電極層又はドレイン電極層４５５ａ、４５５ｂに加工する（図３（Ａ）参照。）。
ソース電極層又はドレイン電極層４５５ａ、４５５ｂの材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ
、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した
元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。
また、ソース電極層又はドレイン電極層４５５ａ、４５５ｂの材料としては、酸素親和性
の高い金属であるチタン膜を用いると好ましい。また、チタン膜上にＡｌ、Ｃｒ、Ｔａ、
Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組
み合わせた合金膜などを積層してもよい。
また、２００℃〜６００℃の熱処理を行う場合には、この熱処理に耐える耐熱性を導電膜
に持たせることが好ましい。Ａｌ単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しやすい等の問題点が
あるので耐熱性導電性材料と組み合わせて形成する。Ａｌと組み合わせる耐熱性導電性材
料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素、ま
たは上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜、または上述
した元素を成分とする窒化物で形成する。
次に、ゲート絶縁層４５２、及びソース電極層又はドレイン電極層４５５ａ、４５５ｂ上
に酸化物半導体膜を形成し、フォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層４８３
（第１の酸化物半導体層）に加工する（図３（Ｂ）参照。）。
酸化物半導体層４８３は、チャネル形成領域となるため、実施の形態１の酸化物半導体膜
と同様に形成する。
なお、酸化物半導体層４８３をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入して
プラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層４５２の表面に付着しているゴミ
を除去することが好ましい。
酸化物半導体層４８３に窒素雰囲気下において加熱処理を行う。酸化物半導体層４８３は
窒素雰囲気下における加熱処理によって、低抵抗化（電気伝導率が高まる、好ましくは電
気伝導率１×１０−１Ｓ／ｃｍ以上１×１０２Ｓ／ｃｍ以下）し、低抵抗化した酸化物半
導体層４８４（第２の酸化物半導体層）とすることができる（図３（Ｃ）参照。）。
窒素雰囲気下における酸化物半導体層４８３の加熱処理は温度２００度以上で行うことが
好ましい。
酸化物半導体層４８４に接してスパッタ法による酸化珪素膜を絶縁膜４５７として形成す
る。低抵抗化した酸化物半導体層４８４に接してスパッタ法により酸化珪素膜である絶縁
膜４５７を形成すると、低抵抗化した酸化物半導体層４８４において少なくとも酸化珪素
膜である絶縁膜４５７と接する領域を高抵抗化（電気伝導率が低まる）し、高抵抗化酸化
物半導体領域とすることができる。よって酸化物半導体層４８４は、高抵抗化酸化物半導
体領域を有する半導体層４５３（第３の酸化物半導体層）となり、薄膜トランジスタ４６
０を作製することができる（図３（Ｄ）参照。）。
絶縁膜４５７となる酸化珪素膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン
）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下におい
て行うことができる。また、ターゲットとして酸化珪素ターゲットを用いても珪素ターゲ
ットを用いてもよい。例えば珪素ターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッ
タ法により酸化珪素膜を形成することができる。
また、絶縁膜４５７となる酸化珪素膜を形成後、窒素雰囲気下、又は大気雰囲気下（大気
中）において薄膜トランジスタ４６０に加熱処理（好ましくは温度３００度以下）を行っ
てもよい。例えば、窒素雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行う。該加熱処理を行う
と薄膜トランジスタ４６０の電気的特性のばらつきを軽減することができる。
チャネル形成領域の半導体層は高抵抗化領域であるので、薄膜トランジスタの電気特性は
安定化し、オフ電流の増加などを防止することができる。よって、電気特性が良好で信頼
性のよい薄膜トランジスタを有する半導体装置とすることが可能となる。
（実施の形態３）
薄膜トランジスタを含む半導体装置の作製工程について、図５乃至図８を用いて説明する
。
図５（Ａ）において、透光性を有する基板１００にはバリウムホウケイ酸ガラスやアルミ
ノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
次いで、導電層を基板１００全面に形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程を行い、
レジストマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去して配線及び電極（ゲート
電極層１０１を含むゲート配線、容量配線１０８、及び第１の端子１２１）を形成する。
このとき少なくともゲート電極層１０１の端部にテーパー形状が形成されるようにエッチ
ングする。
ゲート電極層１０１を含むゲート配線と容量配線１０８、端子部の第１の端子１２１は、
耐熱性導電性材料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、
モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、Ｎｄ（ネオジム）、スカンジウム（Ｓｃ）から選
ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金
膜、または上述した元素を成分とする窒化物で形成することが望ましい。また、アルミニ
ウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの低抵抗導電性材料で形成する場合は、Ａｌ単体又はＣｕ
単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しやすい等の問題点があるので上記耐熱性導電性材料と
組み合わせて形成する。
次いで、ゲート電極層１０１上にゲート絶縁層１０２を全面に成膜する。ゲート絶縁層１
０２はスパッタ法、ＣＶＤ法などを用い、膜厚を５０〜２５０ｎｍとする。
例えば、ゲート絶縁層１０２としてスパッタ法により酸化シリコン膜を用い、１００ｎｍ
の厚さで形成する。勿論、ゲート絶縁層１０２はこのような酸化シリコン膜に限定される
ものでなく、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル
膜などの他の絶縁膜を用い、これらの材料から成る単層または積層構造として形成しても
良い。
次に、ゲート絶縁層１０２上に、酸化物半導体膜（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜）
を成膜する。プラズマ処理後、大気に曝すことなくＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を
成膜することは、ゲート絶縁層と半導体膜の界面にゴミや水分を付着させない点で有用で
ある。ここでは、直径８インチのＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲット（
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１
：１：１［ｍｏｌ比］））を用いて、基板とターゲットの間との距離を１７０ｍｍ、圧力
０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素のみ、アルゴンのみ、又はアルゴン及び
酸素雰囲気下で成膜する。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、
膜厚分布も均一となるために好ましい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の膜厚は、５
ｎｍ〜２００ｎｍとする。酸化物半導体膜として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体
ターゲットを用いてスパッタ法により膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜
を成膜する。
スパッタ法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタ法と、ＤＣスパッタ法
があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタ法もある。ＲＦスパッタ
法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタ法は主に金属膜を成膜する場合
に用いられる。
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ装置もある。多元スパッタ
装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種
類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタ法を用いるスパッタ装置
や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタ
法を用いるスパッタ装置がある。
また、スパッタ法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分
とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に
基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。
次に、第２のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、酸化物半導体膜
をエッチングする。例えば燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いたウェットエッチングに
より、不要な部分を除去して酸化物半導体層１３３を形成する。なお、ここでのエッチン
グは、ウェットエッチングに限定されずドライエッチングを用いてもよい。
ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例え
ば塩素（Ｃｌ２）、塩化硼素（ＢＣｌ３）、塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、四塩化炭素（ＣＣ
ｌ４）など）が好ましい。
また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ４）、弗化硫黄（ＳＦ
６）、弗化窒素（ＮＦ３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）など）、臭化水素（ＨＢｒ
）、酸素（Ｏ２）、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを
添加したガス、などを用いることができる。
ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈ
ｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導
結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングでき
るように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加さ
れる電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
ウエットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、ア
ンモニア過水（過酸化水素：アンモニア：水＝５：２：２）などを用いることができる。
また、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。
また、ウエットエッチング後のエッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によっ
て除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を
再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体層に含まれるインジウム等
の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる
。
所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング
液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
次に、酸化物半導体層１３３に窒素雰囲気下で加熱処理を行う。
加熱処理は、２００℃以上で行うと良い。例えば、窒素雰囲気下で３５０℃、１時間の熱
処理を行う。この窒素雰囲気下の加熱処理により、酸化物半導体層１３３は、低抵抗化し
導電率が高まる。よって低抵抗化した酸化物半導体層１３４が形成される（図５（Ｂ）参
照。）。酸化物半導体層１３４の電気伝導率は１×１０−１Ｓ／ｃｍ以上１×１０２Ｓ／
ｃｍ以下が好ましい。なお、この加熱処理は、ソース電極層及びドレイン電極層を形成後
に行ってもよい。
次に、酸化物半導体層１３４上に金属材料からなる導電膜１３２をスパッタ法や真空蒸着
法で形成する（図５（Ｃ）参照。）。
導電膜１３２の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、ま
たは上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられ
る。
また、２００℃〜６００℃の熱処理を行う場合には、この熱処理に耐える耐熱性を導電膜
に持たせることが好ましい。Ａｌ単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しやすい等の問題点が
あるので耐熱性導電性材料と組み合わせて形成する。Ａｌと組み合わせる耐熱性導電性材
料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素、ま
たは上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜、または上述
した元素を成分とする窒化物で形成する。
導電膜１３２として酸素親和性の高い金属であるチタン膜を用いると好ましい。また、導
電膜１３２は、２層構造としてもよく、アルミニウム膜上にチタン膜を積層してもよい。
また、導電膜１３２としてＴｉ膜と、そのＴｉ膜上に重ねてＮｄを含むアルミニウム（Ａ
ｌ−Ｎｄ）膜を積層し、さらにその上にＴｉ膜を成膜する３層構造としてもよい。導電膜
１３２は、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造としてもよい。
次に、第３のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングによ
り不要な部分を除去してソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂ、及び第２
の端子１２２を形成する（図５（Ｄ）参照。）。この際のエッチング方法としてウェット
エッチングまたはドライエッチングを用いる。例えば導電膜１３２としてアルミニウム膜
、又はアルミニウム合金膜を用いる場合は、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いたウェ
ットエッチングを行うことができる。また、アンモニア過水（過酸化水素：アンモニア：
水＝５：２：２）を用いたウェットエッチングにより、導電膜１３２をエッチングしてソ
ース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂを形成してもよい。このエッチング工
程において、酸化物半導体層１３４の露出領域も一部エッチングされ、半導体層１３５と
なる。よってソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂの間の半導体層１３５
は膜厚の薄い領域となる。図５（Ｄ）においては、ソース電極層又はドレイン電極層１０
５ａ、１０５ｂ、半導体層１３５のエッチングをドライエッチングによって一度に行うた
め、ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂ及び半導体層１３５の端部は一
致し、連続的な構造となっている。
また、この第３のフォトリソグラフィ工程において、ソース電極層又はドレイン電極層１
０５ａ、１０５ｂと同じ材料である第２の端子１２２を端子部に残す。なお、第２の端子
１２２はソース配線（ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂを含むソース
配線）と電気的に接続されている。
また、多階調マスクにより形成した複数（代表的には二種類）の厚さの領域を有するレジ
ストマスクを用いると、レジストマスクの数を減らすことができるため、工程簡略化、低
コスト化が図れる。
ここで、酸化物半導体層である半導体層１３５及びソース電極層又はドレイン電極層１０
５ａ、１０５ｂに加熱処理を行ってもよい。ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、
１０５ｂに酸素親和性の高い金属を用いると、この加熱処理により酸化物半導体層からソ
ース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５ｂへと酸素原子が移動するので、ソース
電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５と接する領域を低抵抗化領域とすることがで
きる。このソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０５と、半導体層１３５との間
に形成される低抵抗領域は、界面を有する膜状であってもよい。
次に、ゲート絶縁層１０２、酸化物半導体層１３５、ソース電極層又はドレイン電極層１
０５ａ、１０５ｂを覆う保護絶縁層１０７を形成する。保護絶縁層１０７はスパッタ法に
より形成する酸化シリコン膜を用いる。ソース電極層又はドレイン電極層１０５ａ、１０
５ｂの間に設けられた酸化物半導体層１３５の露出領域と保護絶縁層１０７である酸化珪
素膜が接して設けられることによって、保護絶縁層１０７と接する酸化物半導体層１３５
の領域が高抵抗化（電気伝導度が低まる）し、高抵抗化したチャネル形成領域を有する半
導体層１０３を形成することができる（図６（Ａ）参照。）。
以上の工程で薄膜トランジスタ１７０が作製できる。
薄膜トランジスタ１７０の形成後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は酸素雰囲気下、
又は窒素雰囲気下において、３００度以上で行えばよい。この加熱処理により薄膜トラン
ジスタの電気特性のばらつきを軽減することができる。
次に、第４のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、保護絶縁層１０
７及びゲート絶縁層１０２のエッチングによりソース電極層又はドレイン電極層１０５ｂ
に達するコンタクトホール１２５を形成する。また、ここでのエッチングにより第２の端
子１２２に達するコンタクトホール１２７、第１の端子１２１に達するコンタクトホール
１２６も形成する。この段階での断面図を図６（Ｂ）に示す。
次いで、レジストマスクを除去した後、透明導電膜を成膜する。透明導電膜の材料として
は、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ
２、ＩＴＯと略記する）などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成する。このよう
な材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にＩＴＯのエッチングは
残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合
金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）を用いても良い。
次に、第５のフォトリソグラフィ工程を行い、レジストマスクを形成し、エッチングによ
り不要な部分を除去して画素電極層１１０を形成する。
また、この第５のフォトリソグラフィ工程において、容量部におけるゲート絶縁層１０２
及び保護絶縁層１０７を誘電体として、容量配線１０８と画素電極層１１０とで保持容量
が形成される。
また、この第５のフォトリソグラフィ工程において、第１の端子１２１及び第２の端子１
２２をレジストマスクで覆い端子部に形成された透明導電膜１２８、１２９を残す。透明
導電膜１２８、１２９はＦＰＣとの接続に用いられる電極または配線となる。第１の端子
１２１上に形成された透明導電膜１２８は、ゲート配線の入力端子として機能する接続用
の端子電極となる。第２の端子１２２上に形成された透明導電膜１２９は、ソース配線の
入力端子として機能する接続用の端子電極である。
次いで、レジストマスクを除去し、この段階での断面図を図６（Ｃ）に示す。なお、この
段階での平面図が図７に相当する。
また、図８（Ａ１）、図８（Ａ２）は、この段階でのゲート配線端子部の平面図及び断面
図をそれぞれ図示している。図８（Ａ１）は図８（Ａ２）中のＥ１−Ｅ２線に沿った断面
図に相当する。図８（Ａ１）において、保護絶縁膜１５４上に形成される透明導電膜１５
５は、入力端子として機能する接続用の端子電極である。また、図８（Ａ１）において、
端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成される第１の端子１５１と、ソース配線と同じ
材料で形成される接続電極層１５３とがゲート絶縁層１５２を介して重なり、透明導電膜
１５５で導通させている。なお、図６（Ｃ）に図示した透明導電膜１２８と第１の端子１
２１とが接触している部分が、図８（Ａ１）の透明導電膜１５５と第１の端子１５１が接
触している部分に対応している。
また、図８（Ｂ１）、及び図８（Ｂ２）は、図６（Ｃ）に示すソース配線端子部とは異な
るソース配線端子部の断面図及び平面図をそれぞれ図示している。また、図８（Ｂ１）は
図８（Ｂ２）中のＦ１−Ｆ２線に沿った断面図に相当する。図８（Ｂ１）において、保護
絶縁膜１５４上に形成される透明導電膜１５５は、入力端子として機能する接続用の端子
電極である。また、図８（Ｂ１）において、端子部では、ゲート配線と同じ材料で形成さ
れる電極層１５６が、ソース配線と電気的に接続される第２の端子１５０の下方にゲート
絶縁層１５２を介して重なる。電極層１５６は第２の端子１５０とは電気的に接続してお
らず、電極層１５６を第２の端子１５０と異なる電位、例えばフローティング、ＧＮＤ、
０Ｖなどに設定すれば、ノイズ対策のための容量または静電気対策のための容量を形成す
ることができる。また、第２の端子１５０は、保護絶縁膜１５４を介して透明導電膜１５
５と電気的に接続している。
ゲート配線、ソース配線、及び容量配線は画素密度に応じて複数本設けられるものである
。また、端子部においては、ゲート配線と同電位の第１の端子、ソース配線と同電位の第
２の端子、容量配線と同電位の第３の端子などが複数並べられて配置される。それぞれの
端子の数は、それぞれ任意な数で設ければ良いものとし、実施者が適宣決定すれば良い。
こうして５回のフォトリソグラフィ工程により、５枚のフォトマスクを使用して、ボトム
ゲート型のスタガ構造の薄膜トランジスタである薄膜トランジスタ１７０を有する画素薄
膜トランジスタ部、保持容量を完成させることができる。そして、これらを個々の画素に
対応してマトリクス状に配置して画素部を構成することによりアクティブマトリクス型の
表示装置を作製するための一方の基板とすることができる。本明細書では便宜上このよう
な基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
アクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製する場合には、アクティブマトリクス基板
と、対向電極が設けられた対向基板との間に液晶層を設け、アクティブマトリクス基板と
対向基板とを固定する。なお、対向基板に設けられた対向電極と電気的に接続する共通電
極をアクティブマトリクス基板上に設け、共通電極と電気的に接続する第４の端子を端子
部に設ける。この第４の端子は、共通電極を固定電位、例えばＧＮＤ、０Ｖなどに設定す
るための端子である。
また、容量配線を設けず、画素電極を隣り合う画素のゲート配線と保護絶縁膜及びゲート
絶縁層を介して重ねて保持容量を形成してもよい。
アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、マトリクス状に配置された画素電極
を駆動することによって、画面上に表示パターンが形成される。詳しくは選択された画素
電極と該画素電極に対応する対向電極との間に電圧が印加されることによって、画素電極
と対向電極との間に配置された液晶層の光学変調が行われ、この光学変調が表示パターン
として観察者に認識される。
液晶表示装置の動画表示において、液晶分子自体の応答が遅いため、残像が生じる、また
は動画のぼけが生じるという問題がある。液晶表示装置の動画特性を改善するため、全面
黒表示を１フレームおきに行う、所謂、黒挿入と呼ばれる駆動技術がある。
また、垂直同期周波数を通常の１．５倍、好ましくは２倍以上にすることで応答速度を改
善する、所謂、倍速駆動と呼ばれる駆動技術もある。
また、液晶表示装置の動画特性を改善するため、バックライトとして複数のＬＥＤ（発光
ダイオード）光源または複数のＥＬ光源などを用いて面光源を構成し、面光源を構成して
いる各光源を独立して１フレーム期間内で間欠点灯駆動する駆動技術もある。面光源とし
て、３種類以上のＬＥＤを用いてもよいし、白色発光のＬＥＤを用いてもよい。独立して
複数のＬＥＤを制御できるため、液晶層の光学変調の切り替えタイミングに合わせてＬＥ
Ｄの発光タイミングを同期させることもできる。この駆動技術は、ＬＥＤを部分的に消灯
することができるため、特に一画面を占める黒い表示領域の割合が多い映像表示の場合に
は、消費電力の低減効果が図れる。
これらの駆動技術を組み合わせることによって、液晶表示装置の動画特性などの表示特性
を従来よりも改善することができる。
本明細書に開示するｎチャネル型のトランジスタは、酸化物半導体膜をチャネル形成領域
に用いており、良好な動特性を有するため、これらの駆動技術を組み合わせることができ
る。
また、発光表示装置を作製する場合、有機発光素子の一方の電極（カソードとも呼ぶ）は
、低電源電位、例えばＧＮＤ、０Ｖなどに設定するため、端子部に、カソードを低電源電
位、例えばＧＮＤ、０Ｖなどに設定するための第４の端子が設けられる。また、発光表示
装置を作製する場合には、ソース配線、及びゲート配線に加えて電源供給線を設ける。従
って、端子部には、電源供給線と電気的に接続する第５の端子を設ける。
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタで形成することにより、製造コストを低減するこ
とができる。
チャネル形成領域の半導体層は高抵抗化領域であるので、薄膜トランジスタの電気特性は
安定化し、オフ電流の増加などを防止することができる。よって、電気特性が良好で信頼
性のよい薄膜トランジスタを有する半導体装置とすることが可能となる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態４）
半導体装置の一例である表示装置において、同一基板上に少なくとも駆動回路の一部と、
画素部に配置する薄膜トランジスタを作製する例について以下に説明する。
画素部に配置する薄膜トランジスタは、実施の形態１乃至３に従って形成する。また、実
施の形態１乃至３に示す薄膜トランジスタはｎチャネル型ＴＦＴであるため、駆動回路の
うち、ｎチャネル型ＴＦＴで構成することができる駆動回路の一部を画素部の薄膜トラン
ジスタと同一基板上に形成する。
半導体装置の一例であるアクティブマトリクス型液晶表示装置のブロック図の一例を図１
４（Ａ）に示す。図１４（Ａ）に示す表示装置は、基板５３００上に表示素子を備えた画
素を複数有する画素部５３０１と、各画素を選択する走査線駆動回路５３０２と、選択さ
れた画素へのビデオ信号の入力を制御する信号線駆動回路５３０３とを有する。
また、実施の形態１乃至３に示す薄膜トランジスタは、ｎチャネル型ＴＦＴであり、ｎチ
ャネル型ＴＦＴで構成する信号線駆動回路について図１５を用いて説明する。
図１５に示す信号線駆動回路は、ドライバＩＣ５６０１、スイッチ群５６０２＿１〜５６
０２＿Ｍ、第１の配線５６１１、第２の配線５６１２、第３の配線５６１３及び配線５６
２１＿１〜５６２１＿Ｍを有する。スイッチ群５６０２＿１〜５６０２＿Ｍそれぞれは、
第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜
トランジスタ５６０３ｃを有する。
ドライバＩＣ５６０１は第１の配線５６１１、第２の配線５６１２、第３の配線５６１３
及び配線５６２１＿１〜５６２１＿Ｍに接続される。そして、スイッチ群５６０２＿１〜
５６０２＿Ｍそれぞれは、第１の配線５６１１、第２の配線５６１２、第３の配線５６１
３及びスイッチ群５６０２＿１〜５６０２＿Ｍそれぞれに対応した配線５６２１＿１〜５
６２１＿Ｍに接続される。そして、配線５６２１＿１〜５６２１＿Ｍそれぞれは、第１の
薄膜トランジスタ５６０３ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜トラン
ジスタ５６０３ｃを介して、３つの信号線に接続される。例えば、Ｊ列目の配線５６２１
＿Ｊ（配線５６２１＿１〜配線５６２１＿Ｍのうちいずれか一）は、スイッチ群５６０２
＿Ｊが有する第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及
び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃを介して、信号線Ｓｊ−１、信号線Ｓｊ、信号線Ｓ
ｊ＋１に接続される。
なお、第１の配線５６１１、第２の配線５６１２、第３の配線５６１３には、それぞれ信
号が入力される。
なお、ドライバＩＣ５６０１は、単結晶基板上に形成されていることが望ましい。さらに
、スイッチ群５６０２＿１〜５６０２＿Ｍは、画素部と同一基板上に形成されていること
が望ましい。したがって、ドライバＩＣ５６０１とスイッチ群５６０２＿１〜５６０２＿
ＭとはＦＰＣなどを介して接続するとよい。
次に、図１５に示した信号線駆動回路の動作について、図１６のタイミングチャートを参
照して説明する。なお、図１６のタイミングチャートは、ｉ行目の走査線Ｇｉが選択され
ている場合のタイミングチャートを示している。さらに、ｉ行目の走査線Ｇｉの選択期間
は、第１のサブ選択期間Ｔ１、第２のサブ選択期間Ｔ２及び第３のサブ選択期間Ｔ３に分
割されている。さらに、図１５の信号線駆動回路は、他の行の走査線が選択されている場
合でも図１６と同様の動作をする。
なお、図１６のタイミングチャートは、Ｊ列目の配線５６２１＿Ｊが第１の薄膜トランジ
スタ５６０３ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜トランジスタ５６０
３ｃを介して、信号線Ｓｊ−１、信号線Ｓｊ、信号線Ｓｊ＋１に接続される場合について
示している。
なお、図１６のタイミングチャートは、ｉ行目の走査線Ｇｉが選択されるタイミング、第
１の薄膜トランジスタ５６０３ａのオン・オフのタイミング５７０３ａ、第２の薄膜トラ
ンジスタ５６０３ｂのオン・オフのタイミング５７０３ｂ、第３の薄膜トランジスタ５６
０３ｃのオン・オフのタイミング５７０３ｃ及びＪ列目の配線５６２１＿Ｊに入力される
信号５７２１＿Ｊを示している。
なお、配線５６２１＿１〜配線５６２１＿Ｍには第１のサブ選択期間Ｔ１、第２のサブ選
択期間Ｔ２及び第３のサブ選択期間Ｔ３において、それぞれ別のビデオ信号が入力される
。例えば、第１のサブ選択期間Ｔ１において配線５６２１＿Ｊに入力されるビデオ信号は
信号線Ｓｊ−１に入力され、第２のサブ選択期間Ｔ２において配線５６２１＿Ｊに入力さ
れるビデオ信号は信号線Ｓｊに入力され、第３のサブ選択期間Ｔ３において配線５６２１
＿Ｊに入力されるビデオ信号は信号線Ｓｊ＋１に入力される。さらに、第１のサブ選択期
間Ｔ１、第２のサブ選択期間Ｔ２及び第３のサブ選択期間Ｔ３において、配線５６２１＿
Ｊに入力されるビデオ信号をそれぞれＤａｔａ＿ｊ−１、Ｄａｔａ＿ｊ、Ｄａｔａ＿ｊ＋
１とする。
図１６に示すように、第１のサブ選択期間Ｔ１において第１の薄膜トランジスタ５６０３
ａがオンし、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃ
がオフする。このとき、配線５６２１＿Ｊに入力されるＤａｔａ＿ｊ−１が、第１の薄膜
トランジスタ５６０３ａを介して信号線Ｓｊ−１に入力される。第２のサブ選択期間Ｔ２
では、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂがオンし、第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ
及び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃがオフする。このとき、配線５６２１＿Ｊに入力
されるＤａｔａ＿ｊが、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂを介して信号線Ｓｊに入力さ
れる。第３のサブ選択期間Ｔ３では、第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃがオンし、第１
の薄膜トランジスタ５６０３ａ及び第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂがオフする。この
とき、配線５６２１＿Ｊに入力されるＤａｔａ＿ｊ＋１が、第３の薄膜トランジスタ５６
０３ｃを介して信号線Ｓｊ＋１に入力される。
以上のことから、図１５の信号線駆動回路は、１ゲート選択期間を３つに分割することで
、１ゲート選択期間中に１つの配線５６２１から３つの信号線にビデオ信号を入力するこ
とができる。したがって、図１５の信号線駆動回路は、ドライバＩＣ５６０１が形成され
る基板と、画素部が形成されている基板との接続数を信号線の数に比べて約１／３にする
ことができる。接続数が約１／３になることによって、図１５の信号線駆動回路は、信頼
性、歩留まりなどを向上できる。
なお、図１５のように、１ゲート選択期間を複数のサブ選択期間に分割し、複数のサブ選
択期間それぞれにおいて、ある１つの配線から複数の信号線それぞれにビデオ信号を入力
することができれば、薄膜トランジスタの配置や数、駆動方法などは限定されない。
例えば、３つ以上のサブ選択期間それぞれにおいて１つの配線から３つ以上の信号線それ
ぞれにビデオ信号を入力する場合は、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタを制御する
ための配線を追加すればよい。ただし、１ゲート選択期間を４つ以上のサブ選択期間に分
割すると、１つのサブ選択期間が短くなる。したがって、１ゲート選択期間は、２つ又は
３つのサブ選択期間に分割されることが望ましい。
別の例として、図１７のタイミングチャートに示すように、１つの選択期間をプリチャー
ジ期間Ｔｐ、第１のサブ選択期間Ｔ１、第２のサブ選択期間Ｔ２、第３の選択期間Ｔ３に
分割してもよい。さらに、図１７のタイミングチャートは、ｉ行目の走査線Ｇｉが選択さ
れるタイミング、第１の薄膜トランジスタ５６０３ａのオン・オフのタイミング５８０３
ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂのオン・オフのタイミング５８０３ｂ、第３の薄
膜トランジスタ５６０３ｃのオン・オフのタイミング５８０３ｃ及びＪ列目の配線５６２
１＿Ｊに入力される信号５８２１＿Ｊを示している。図１７に示すように、プリチャージ
期間Ｔｐにおいて第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ、第２の薄膜トランジスタ５６０３
ｂ及び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃがオンする。このとき、配線５６２１＿Ｊに入
力されるプリチャージ電圧Ｖｐが第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ、第２の薄膜トラン
ジスタ５６０３ｂ及び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃを介してそれぞれ信号線Ｓｊ−
１、信号線Ｓｊ、信号線Ｓｊ＋１に入力される。第１のサブ選択期間Ｔ１において第１の
薄膜トランジスタ５６０３ａがオンし、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂ及び第３の薄
膜トランジスタ５６０３ｃがオフする。このとき、配線５６２１＿Ｊに入力されるＤａｔ
ａ＿ｊ−１が、第１の薄膜トランジスタ５６０３ａを介して信号線Ｓｊ−１に入力される
。第２のサブ選択期間Ｔ２では、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂがオンし、第１の薄
膜トランジスタ５６０３ａ及び第３の薄膜トランジスタ５６０３ｃがオフする。このとき
、配線５６２１＿Ｊに入力されるＤａｔａ＿ｊが、第２の薄膜トランジスタ５６０３ｂを
介して信号線Ｓｊに入力される。第３のサブ選択期間Ｔ３では、第３の薄膜トランジスタ
５６０３ｃがオンし、第１の薄膜トランジスタ５６０３ａ及び第２の薄膜トランジスタ５
６０３ｂがオフする。このとき、配線５６２１＿Ｊに入力されるＤａｔａ＿ｊ＋１が、第
３の薄膜トランジスタ５６０３ｃを介して信号線Ｓｊ＋１に入力される。
以上のことから、図１７のタイミングチャートを適用した図１５の信号線駆動回路は、サ
ブ選択期間の前にプリチャージ選択期間を設けることによって、信号線をプリチャージで
きるため、画素へのビデオ信号の書き込みを高速に行うことができる。なお、図１７にお
いて、図１６と同様なものに関しては共通の符号を用いて示し、同一部分又は同様な機能
を有する部分の詳細な説明は省略する。
また、走査線駆動回路の構成について説明する。走査線駆動回路は、シフトレジスタ、バ
ッファを有している。また場合によってはレベルシフタを有していても良い。走査線駆動
回路において、シフトレジスタにクロック信号（ＣＬＫ）及びスタートパルス信号（ＳＰ
）が入力されることによって、選択信号が生成される。生成された選択信号はバッファに
おいて緩衝増幅され、対応する走査線に供給される。走査線には、１ライン分の画素のト
ランジスタのゲート電極が接続されている。そして、１ライン分の画素のトランジスタを
一斉にＯＮにしなくてはならないので、バッファは大きな電流を流すことが可能なものが
用いられる。
走査線駆動回路の一部に用いるシフトレジスタの一形態について図１８及び図１９を用い
て説明する。
図１８にシフトレジスタの回路構成を示す。図１８に示すシフトレジスタは、フリップフ
ロップ５７０１＿１〜５７０１＿ｎという複数のフリップフロップで構成される。また、
第１のクロック信号、第２のクロック信号、スタートパルス信号、リセット信号が入力さ
れて動作する。
図１８のシフトレジスタの接続関係について説明する。図１８のシフトレジスタは、ｉ段
目のフリップフロップ５７０１＿ｉ（フリップフロップ５７０１＿１〜５７０１＿ｎのう
ちいずれか一）は、図１９に示した第１の配線５５０１が第７の配線５７１７＿ｉ−１に
接続され、図１９に示した第２の配線５５０２が第７の配線５７１７＿ｉ＋１に接続され
、図１９に示した第３の配線５５０３が第７の配線５７１７＿ｉに接続され、図１９に示
した第６の配線５５０６が第５の配線５７１５に接続される。
また、図１９に示した第４の配線５５０４が奇数段目のフリップフロップでは第２の配線
５７１２に接続され、偶数段目のフリップフロップでは第３の配線５７１３に接続され、
図１９に示した第５の配線５５０５が第４の配線５７１４に接続される。
ただし、１段目のフリップフロップ５７０１＿１の図１９に示す第１の配線５５０１は第
１の配線５７１１に接続され、ｎ段目のフリップフロップ５７０１＿ｎの図１９に示す第
２の配線５５０２は第６の配線５７１６に接続される。
なお、第１の配線５７１１、第２の配線５７１２、第３の配線５７１３、第６の配線５７
１６を、それぞれ第１の信号線、第２の信号線、第３の信号線、第４の信号線と呼んでも
よい。さらに、第４の配線５７１４、第５の配線５７１５を、それぞれ第１の電源線、第
２の電源線と呼んでもよい。
次に、図１８に示すフリップフロップの詳細について、図１９に示す。図１９に示すフリ
ップフロップは、第１の薄膜トランジスタ５５７１、第２の薄膜トランジスタ５５７２、
第３の薄膜トランジスタ５５７３、第４の薄膜トランジスタ５５７４、第５の薄膜トラン
ジスタ５５７５、第６の薄膜トランジスタ５５７６、第７の薄膜トランジスタ５５７７及
び第８の薄膜トランジスタ５５７８を有する。なお、第１の薄膜トランジスタ５５７１、
第２の薄膜トランジスタ５５７２、第３の薄膜トランジスタ５５７３、第４の薄膜トラン
ジスタ５５７４、第５の薄膜トランジスタ５５７５、第６の薄膜トランジスタ５５７６、
第７の薄膜トランジスタ５５７７及び第８の薄膜トランジスタ５５７８は、ｎチャネル型
トランジスタであり、ゲート・ソース間電圧（Ｖｇｓ）がしきい値電圧（Ｖｔｈ）を上回
ったとき導通状態になるものとする。
次に、図１８に示すフリップフロップの接続構成について、以下に示す。
第１の薄膜トランジスタ５５７１の第１の電極（ソース電極またはドレイン電極の一方）
が第４の配線５５０４に接続され、第１の薄膜トランジスタ５５７１の第２の電極（ソー
ス電極またはドレイン電極の他方）が第３の配線５５０３に接続される。
第２の薄膜トランジスタ５５７２の第１の電極が第６の配線５５０６に接続され、第２の
薄膜トランジスタ５５７２第２の電極が第３の配線５５０３に接続される。
第３の薄膜トランジスタ５５７３の第１の電極が第５の配線５５０５に接続され、第３の
薄膜トランジスタ５５７３の第２の電極が第２の薄膜トランジスタ５５７２のゲート電極
に接続され、第３の薄膜トランジスタ５５７３のゲート電極が第５の配線５５０５に接続
される。
第４の薄膜トランジスタ５５７４の第１の電極が第６の配線５５０６に接続され、第４の
薄膜トランジスタ５５７４の第２の電極が第２の薄膜トランジスタ５５７２のゲート電極
に接続され、第４の薄膜トランジスタ５５７４のゲート電極が第１の薄膜トランジスタ５
５７１のゲート電極に接続される。
第５の薄膜トランジスタ５５７５の第１の電極が第５の配線５５０５に接続され、第５の
薄膜トランジスタ５５７５の第２の電極が第１の薄膜トランジスタ５５７１のゲート電極
に接続され、第５の薄膜トランジスタ５５７５のゲート電極が第１の配線５５０１に接続
される。
第６の薄膜トランジスタ５５７６の第１の電極が第６の配線５５０６に接続され、第６の
薄膜トランジスタ５５７６の第２の電極が第１の薄膜トランジスタ５５７１のゲート電極
に接続され、第６の薄膜トランジスタ５５７６のゲート電極が第２の薄膜トランジスタ５
５７２のゲート電極に接続される。
第７の薄膜トランジスタ５５７７の第１の電極が第６の配線５５０６に接続され、第７の
薄膜トランジスタ５５７７の第２の電極が第１の薄膜トランジスタ５５７１のゲート電極
に接続され、第７の薄膜トランジスタ５５７７のゲート電極が第２の配線５５０２に接続
される。第８の薄膜トランジスタ５５７８の第１の電極が第６の配線５５０６に接続され
、第８の薄膜トランジスタ５５７８の第２の電極が第２の薄膜トランジスタ５５７２のゲ
ート電極に接続され、第８の薄膜トランジスタ５５７８のゲート電極が第１の配線５５０
１に接続される。
なお、第１の薄膜トランジスタ５５７１のゲート電極、第４の薄膜トランジスタ５５７４
のゲート電極、第５の薄膜トランジスタ５５７５の第２の電極、第６の薄膜トランジスタ
５５７６の第２の電極及び第７の薄膜トランジスタ５５７７の第２の電極の接続箇所をノ
ード５５４３とする。さらに、第２の薄膜トランジスタ５５７２のゲート電極、第３の薄
膜トランジスタ５５７３の第２の電極、第４の薄膜トランジスタ５５７４の第２の電極、
第６の薄膜トランジスタ５５７６のゲート電極及び第８の薄膜トランジスタ５５７８の第
２の電極の接続箇所をノード５５４４とする。
なお、第１の配線５５０１、第２の配線５５０２、第３の配線５５０３及び第４の配線５
５０４を、それぞれ第１の信号線、第２の信号線、第３の信号線、第４の信号線と呼んで
もよい。さらに、第５の配線５５０５を第１の電源線、第６の配線５５０６を第２の電源
線と呼んでもよい。
また、信号線駆動回路及び走査線駆動回路を実施の形態１乃至３に示すｎチャネル型ＴＦ
Ｔのみで作製することも可能である。実施の形態１乃至３に示すｎチャネル型ＴＦＴはト
ランジスタの移動度が大きいため、駆動回路の駆動周波数を高くすることが可能となる。
また、実施の形態１乃至３に示すｎチャネル型ＴＦＴは寄生容量が低減されるため、周波
数特性（ｆ特性と呼ばれる）が高い。例えば、実施の形態１乃至３に示すｎチャネル型Ｔ
ＦＴを用いた走査線駆動回路は、高速に動作させることができるため、フレーム周波数を
高くすること、または、黒画面挿入を実現することなども実現することができる。
さらに、走査線駆動回路のトランジスタのチャネル幅を大きくすることや、複数の走査線
駆動回路を配置することなどによって、さらに高いフレーム周波数を実現することができ
る。複数の走査線駆動回路を配置する場合は、偶数行の走査線を駆動する為の走査線駆動
回路を片側に配置し、奇数行の走査線を駆動するための走査線駆動回路をその反対側に配
置することにより、フレーム周波数を高くすることを実現することができる。また、複数
の走査線駆動回路により、同じ走査線に信号を出力すると、表示装置の大型化に有利であ
る。
また、半導体装置の一例であるアクティブマトリクス型発光表示装置を作製する場合、少
なくとも一つの画素に複数の薄膜トランジスタを配置するため、走査線駆動回路を複数配
置することが好ましい。アクティブマトリクス型発光表示装置のブロック図の一例を図１
４（Ｂ）に示す。
図１４（Ｂ）に示す発光表示装置は、基板５４００上に表示素子を備えた画素を複数有す
る画素部５４０１と、各画素を選択する第１の走査線駆動回路５４０２及び第２の走査線
駆動回路５４０４と、選択された画素へのビデオ信号の入力を制御する信号線駆動回路５
４０３とを有する。
図１４（Ｂ）に示す発光表示装置の画素に入力されるビデオ信号をデジタル形式とする場
合、画素はトランジスタのオンとオフの切り替えによって、発光もしくは非発光の状態と
なる。よって、面積階調法または時間階調法を用いて階調の表示を行うことができる。面
積階調法は、１画素を複数の副画素に分割し、各副画素を独立にビデオ信号に基づいて駆
動させることによって、階調表示を行う駆動法である。また時間階調法は、画素が発光す
る期間を制御することによって、階調表示を行う駆動法である。
発光素子は、液晶素子などに比べて応答速度が高いので、液晶素子よりも時間階調法に適
している。具体的に時間階調法で表示を行なう場合、１フレーム期間を複数のサブフレー
ム期間に分割する。そしてビデオ信号に従い、各サブフレーム期間において画素の発光素
子を発光または非発光の状態にする。複数のサブフレーム期間に分割することによって、
１フレーム期間中に画素が実際に発光する期間のトータルの長さを、ビデオ信号により制
御することができ、階調を表示することができる。
なお、図１４（Ｂ）に示す発光表示装置では、一つの画素に２つのスイッチング用ＴＦＴ
を配置する場合、一方のスイッチング用ＴＦＴのゲート配線である第１の走査線に入力さ
れる信号を第１走査線駆動回路５４０２で生成し、他方のスイッチング用ＴＦＴのゲート
配線である第２の走査線に入力される信号を第２の走査線駆動回路５４０４で生成してい
る例を示しているが、第１の走査線に入力される信号と、第２の走査線に入力される信号
とを、共に１つの走査線駆動回路で生成するようにしても良い。また、例えば、１つの画
素が有するスイッチング用ＴＦＴの数によって、スイッチング素子の動作を制御するのに
用いられる走査線が、各画素に複数設けられることもあり得る。この場合、複数の走査線
に入力される信号を、全て１つの走査線駆動回路で生成しても良いし、複数の各走査線駆
動回路で生成しても良い。
また、発光表示装置においても、駆動回路のうち、ｎチャネル型ＴＦＴで構成することが
できる駆動回路の一部を画素部の薄膜トランジスタと同一基板上に形成することができる
。また、信号線駆動回路及び走査線駆動回路を実施の形態１乃至３に示すｎチャネル型Ｔ
ＦＴのみで作製することも可能である。
また、上述した駆動回路は、液晶表示装置や発光表示装置に限らず、スイッチング素子と
電気的に接続する素子を利用して電子インクを駆動させる電子ペーパーに用いてもよい。
電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）も呼ばれており、紙と同じ
読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能という利
点を有している。
電気泳動ディスプレイは、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒
子と、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に
複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロ
カプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示す
るものである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合におい
て移動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を
含む）とする。
このように、電気泳動ディスプレイは、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、
いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。電気泳動ディスプレイは、液晶
表示装置に必要な偏光板が必要ない。
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、こ
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
また、アクティブマトリクス基板上に適宜、二つの電極の間に挟まれるように上記マイク
ロカプセルを複数配置すればアクティブマトリクス型の表示装置が完成し、マイクロカプ
セルに電界を印加すれば表示を行うことができる。例えば、実施の形態１乃至３の薄膜ト
ランジスタによって得られるアクティブマトリクス基板を用いることができる。
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い表示装置を作製することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態５）
薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表
示機能を有する半導体装置（表示装置ともいう）を作製することができる。また、薄膜ト
ランジスタを駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システム
オンパネルを形成することができる。
表示装置は表示素子を含む。表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう）、発光
素子（発光表示素子ともいう）を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によ
って輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ等が含まれる。また、電子インクなど、電気
的作用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラ
を含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、該表示装置を作製する
過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は
、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的に
は、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜
を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、
あらゆる形態があてはまる。
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光
源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒ
ｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎ
ｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り
付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュ
ール、または表示素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回
路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
半導体装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図１０を用いて
説明する。図１０は、第１の基板４００１上に形成された実施の形態３で示した酸化物半
導体層を含む信頼性の高い薄膜トランジスタ４０１０、４０１１、及び液晶素子４０１３
を、第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、パネルの平面図で
あり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ１）（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲む
ようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回
路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査
線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６
とによって、液晶層４００８と共に封止されている。また第１の基板４００１上のシール
材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶
半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ方法、
ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ方法などを用いることができる。図１０（Ａ１）
は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図１０（Ａ２）は、
ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、
薄膜トランジスタを複数有しており、図１０（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜
トランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１
とを例示している。薄膜トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０、４０２
１が設けられている。
薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態３で示した酸化物半導体層を含む信
頼性の高い薄膜トランジスタを適用することができる。また実施の形態１又は実施の形態
２に示す薄膜トランジスタを適用してもよい。本実施の形態において、薄膜トランジスタ
４０１０、４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
また、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と電
気的に接続されている。そして液晶素子４０１３の対向電極層４０３１は第２の基板４０
０６上に形成されている。画素電極層４０３０と対向電極層４０３１と液晶層４００８と
が重なっている部分が、液晶素子４０１３に相当する。なお、画素電極層４０３０、対向
電極層４０３１はそれぞれ配向膜として機能する絶縁層４０３２、４０３３が設けられ、
絶縁層４０３２、４０３３を介して液晶層４００８を挟持している。
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはス
テンレス）、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては
、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶ
Ｆ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルム、またはアクリル樹脂フ
ィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステ
ルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、
画素電極層４０３０と対向電極層４０３１との間の距離（セルギャップ）を制御するため
に設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。また、対向電極層４０３１
は、薄膜トランジスタ４０１０と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続され
る。共通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して対向電極層４０
３１と共通電位線とを電気的に接続することができる。なお、導電性粒子はシール材４０
０５に含有させる。
また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つで
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善
するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層４００８に
用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ
以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。
なお透過型液晶表示装置の他に、反射型液晶表示装置でも半透過型液晶表示装置でも適用
できる。
また、液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設け、内側に着色層、表示素
子に用いる電極層という順に設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設けてもよい。ま
た、偏光板と着色層の積層構造も本実施の形態に限定されず、偏光板及び着色層の材料や
作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、ブラックマトリクスとして機能する遮
光膜を設けてもよい。
また、薄膜トランジスタの表面凹凸を低減するため、及び薄膜トランジスタの信頼性を向
上させるため、上記実施の形態で得られた薄膜トランジスタを保護膜や平坦化絶縁膜とし
て機能する絶縁層（絶縁層４０２０、絶縁層４０２１）で覆う構成となっている。なお、
保護膜は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐため
のものであり、緻密な膜が好ましい。保護膜は、スパッタ法を用いて、酸化珪素膜、窒化
珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、
酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層、又は積層で形成すればよ
い。保護膜をスパッタ法で形成する例を示すが、特に限定されず種々の方法で形成すれば
よい。
ここでは、保護膜として積層構造の絶縁層４０２０を形成する。ここでは、絶縁層４０２
０の一層目として、スパッタ法を用いて酸化珪素膜を形成する。保護膜として酸化珪素膜
を用いると、ソース電極層及びドレイン電極層として用いるアルミニウム膜のヒロック防
止に効果がある。
また、保護膜の二層目として絶縁層を形成する。ここでは、絶縁層４０２０の二層目とし
て、スパッタ法を用いて窒化珪素膜を形成する。保護膜として窒化珪素膜を用いると、ナ
トリウム等の可動イオンが半導体領域中に侵入して、ＴＦＴの電気特性を変化させること
を抑制することができる。
また、保護膜を形成した後に、窒素雰囲気下、又は大気雰囲気下で加熱処理（３００℃以
下）を行ってもよい。
また、平坦化絶縁膜として絶縁層４０２１を形成する。絶縁層４０２１としては、ポリイ
ミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機
材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）
、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いる
ことができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層
４０２１を形成してもよい。
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓ
ｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキ
ル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有してい
ても良い。
絶縁層４０２１の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法
、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン
印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイ
フコーター等を用いることができる。絶縁層４０２１の焼成工程と半導体層のアニールを
兼ねることで効率よく半導体装置を作製することが可能となる。
画素電極層４０３０、対向電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物
、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、
酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、
インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する
導電性材料を用いることができる。
また、画素電極層４０３０、対向電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマー
ともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形
成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率
が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗
率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例え
ば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンま
たはその誘導体、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。
また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４
００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
接続端子電極４０１５が、液晶素子４０１３が有する画素電極層４０３０と同じ導電膜か
ら形成され、端子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極層
及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電膜４０１９を介し
て電気的に接続されている。
また図１０においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実
装している例を示しているがこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実
装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して
実装しても良い。
図２０は、本明細書に開示する作製方法により作製されるＴＦＴ基板２６００を用いて半
導体装置として液晶表示モジュールを構成する一例を示している。
図２０は液晶表示モジュールの一例であり、ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１がシ
ール材２６０２により固着され、その間にＴＦＴ等を含む画素部２６０３、液晶層を含む
表示素子２６０４、着色層２６０５が設けられ表示領域を形成している。着色層２６０５
はカラー表示を行う場合に必要であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応し
た着色層が各画素に対応して設けられている。ＴＦＴ基板２６００と対向基板２６０１の
外側には偏光板２６０６、偏光板２６０７、拡散板２６１３が配設されている。光源は冷
陰極管２６１０と反射板２６１１により構成され、回路基板２６１２は、フレキシブル配
線基板２６０９によりＴＦＴ基板２６００の配線回路部２６０８と接続され、コントロー
ル回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また偏光板と、液晶層との間に位
相差板を有した状態で積層してもよい。
液晶表示モジュールには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉ
ｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓ
ｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ
Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑ
ｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い液晶表示パネルを作製することができ
る。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態６）
半導体装置として電子ペーパーの例を示す。
スイッチング素子と電気的に接続する素子を利用して電子インクを駆動させる電子ペーパ
ーに用いてもよい。電子ペーパーは、電気泳動表示装置（電気泳動ディスプレイ）も呼ば
れており、紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とする
ことが可能という利点を有している。
電気泳動ディスプレイは、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第１の粒
子と、マイナスの電荷を有する第２の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に
複数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロ
カプセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示す
るものである。なお、第１の粒子または第２の粒子は染料を含み、電界がない場合におい
て移動しないものである。また、第１の粒子の色と第２の粒子の色は異なるもの（無色を
含む）とする。
このように、電気泳動ディスプレイは、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、
いわゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。電気泳動ディスプレイは、液晶
表示装置に必要な偏光板が必要ない。
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、こ
の電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。また
、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
また、アクティブマトリクス基板上に適宜、二つの電極の間に挟まれるように上記マイク
ロカプセルを複数配置すればアクティブマトリクス型の表示装置が完成し、マイクロカプ
セルに電界を印加すれば表示を行うことができる。例えば、実施の形態１乃至３の薄膜ト
ランジスタによって得られるアクティブマトリクス基板を用いることができる。
なお、マイクロカプセル中の第１の粒子および第２の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料、またはこれらの複合材料を
用いればよい。
図９は、半導体装置の例としてアクティブマトリクス型の電子ペーパーを示す。半導体装
置に用いられる薄膜トランジスタ５８１としては、実施の形態１で示す薄膜トランジスタ
と同様に作製でき、酸化物半導体層を含む信頼性の高い薄膜トランジスタである。また、
実施の形態２又は実施の形態３で示す薄膜トランジスタも本実施の薄膜トランジスタ５８
１として適用することもできる。
図９の電子ペーパーは、ツイストボール表示方式を用いた表示装置の例である。ツイスト
ボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に用いる電極層である
第１の電極層及び第２の電極層の間に配置し、第１の電極層及び第２の電極層に電位差を
生じさせての球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法である。
基板５８０と基板５９６との間に封止される薄膜トランジスタ５８１はボトムゲート構造
の薄膜トランジスタであり、半導体層と接する絶縁膜５８３に覆われている。薄膜トラン
ジスタ５８１のソース電極層又はドレイン電極層によって第１の電極層５８７と、絶縁層
５８５に形成する開口で接しており電気的に接続している。第１の電極層５８７と第２の
電極層５８８との間には黒色領域５９０ａ及び白色領域５９０ｂを有し、周りに液体で満
たされているキャビティ５９４を含む球形粒子５８９が設けられており、球形粒子５８９
の周囲は樹脂等の充填材５９５で充填されている（図９参照。）。第１の電極層５８７が
画素電極に相当し、第２の電極層５８８が共通電極に相当する。第２の電極層５８８は、
薄膜トランジスタ５８１と同一基板上に設けられる共通電位線と電気的に接続される。共
通接続部を用いて、一対の基板間に配置される導電性粒子を介して第２の電極層５８８と
共通電位線とを電気的に接続することができる。
また、ツイストボールの代わりに、電気泳動素子を用いることも可能である。透明な液体
と、正に帯電した白い微粒子と負に帯電した黒い微粒子とを封入した直径１０μｍ〜２０
０μｍ程度のマイクロカプセルを用いる。第１の電極層と第２の電極層との間に設けられ
るマイクロカプセルは、第１の電極層と第２の電極層によって、電場が与えられると、白
い微粒子と、黒い微粒子が逆の方向に移動し、白または黒を表示することができる。この
原理を応用した表示素子が電気泳動表示素子であり、一般的に電子ペーパーとよばれてい
る。電気泳動表示素子は、液晶表示素子に比べて反射率が高いため、補助ライトは不要で
あり、また消費電力が小さく、薄暗い場所でも表示部を認識することが可能である。また
、表示部に電源が供給されない場合であっても、一度表示した像を保持することが可能で
あるため、電波発信源から表示機能付き半導体装置（単に表示装置、又は表示装置を具備
する半導体装置ともいう）を遠ざけた場合であっても、表示された像を保存しておくこと
が可能となる。
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い電子ペーパーを作製することができる
。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態７）
半導体装置として発光表示装置の例を示す。表示装置の有する表示素子としては、ここで
はエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセン
スを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって
区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャ
リア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成
し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよう
な発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分
類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有
するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−ア
クセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、
さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利
用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明す
る。
図１２は、半導体装置の例としてデジタル時間階調駆動を適用可能な画素構成の一例を示
す図である。
デジタル時間階調駆動を適用可能な画素の構成及び画素の動作について説明する。ここで
は酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いるｎチャネル型のトランジスタを１つの画素
に２つ用いる例を示す。
画素６４００は、スイッチング用トランジスタ６４０１、駆動用トランジスタ６４０２、
発光素子６４０４及び容量素子６４０３を有している。スイッチング用トランジスタ６４
０１はゲートが走査線６４０６に接続され、第１電極（ソース電極及びドレイン電極の一
方）が信号線６４０５に接続され、第２電極（ソース電極及びドレイン電極の他方）が駆
動用トランジスタ６４０２のゲートに接続されている。駆動用トランジスタ６４０２は、
ゲートが容量素子６４０３を介して電源線６４０７に接続され、第１電極が電源線６４０
７に接続され、第２電極が発光素子６４０４の第１電極（画素電極）に接続されている。
発光素子６４０４の第２電極は共通電極６４０８に相当する。共通電極６４０８は、同一
基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。
なお、発光素子６４０４の第２電極（共通電極６４０８）には低電源電位が設定されてい
る。なお、低電源電位とは、電源線６４０７に設定される高電源電位を基準にして低電源
電位＜高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばＧＮＤ、０Ｖなどが設
定されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子６４０４に印加
して、発光素子６４０４に電流を流して発光素子６４０４を発光させるため、高電源電位
と低電源電位との電位差が発光素子６４０４の順方向しきい値電圧以上となるようにそれ
ぞれの電位を設定する。
なお、容量素子６４０３は駆動用トランジスタ６４０２のゲート容量を代用して省略する
ことも可能である。駆動用トランジスタ６４０２のゲート容量については、チャネル領域
とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、駆動用トランジスタ６４０２のゲートには、
駆動用トランジスタ６４０２が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるような
ビデオ信号を入力する。つまり、駆動用トランジスタ６４０２は線形領域で動作させる。
駆動用トランジスタ６４０２は線形領域で動作させるため、電源線６４０７の電圧よりも
高い電圧を駆動用トランジスタ６４０２のゲートにかける。なお、信号線６４０５には、
（電源線電圧＋駆動用トランジスタ６４０２のＶｔｈ）以上の電圧をかける。
また、デジタル時間階調駆動に代えて、アナログ階調駆動を行う場合、信号の入力を異な
らせることで、図１２と同じ画素構成を用いることができる。
アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ６４０２のゲートに発光素子６４０４
の順方向電圧＋駆動用トランジスタ６４０２のＶｔｈ以上の電圧をかける。発光素子６４
０４の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なくとも順方向し
きい値電圧を含む。なお、駆動用トランジスタ６４０２が飽和領域で動作するようなビデ
オ信号を入力することで、発光素子６４０４に電流を流すことができる。駆動用トランジ
スタ６４０２を飽和領域で動作させるため、電源線６４０７の電位は、駆動用トランジス
タ６４０２のゲート電位よりも高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子
６４０４にビデオ信号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
なお、図１２に示す画素構成は、これに限定されない。例えば、図１２に示す画素に新た
にスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ又は論理回路などを追加してもよい。
次に、発光素子の構成について、図１３を用いて説明する。ここでは、駆動用ＴＦＴがｎ
型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。図１３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の
半導体装置に用いられる駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１、７０１１、７０２１は、実
施の形態１で示す薄膜トランジスタと同様に作製でき、酸化物半導体層を含む信頼性の高
い薄膜トランジスタである。また、実施の形態２又は実施の形態３で示す薄膜トランジス
タをＴＦＴ７００１、７０１１、７０２１として適用することもできる。
発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そ
して、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取
り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対
側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、画素構成はどの射出構造の発
光素子にも適用することができる。
上面射出構造の発光素子について図１３（Ａ）を用いて説明する。
図１３（Ａ）に、駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１がｎ型で、発光素子７００２から発
せられる光が陽極７００５側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図１３（Ａ）では、
発光素子７００２の陰極７００３と駆動用ＴＦＴであるＴＦＴ７００１が電気的に接続さ
れており、陰極７００３上に発光層７００４、陽極７００５が順に積層されている。陰極
７００３は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば様々の材料を用いる
ことができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。そして発光層７
００４は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていても
どちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極７００３上に電子注入層、電子輸
送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設け
る必要はない。陽極７００５は光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成し、
例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜
鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、
インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添
加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性導電膜を用いても良い。
陰極７００３及び陽極７００５で発光層７００４を挟んでいる領域が発光素子７００２に
相当する。図１３（Ａ）に示した画素の場合、発光素子７００２から発せられる光は、矢
印で示すように陽極７００５側に射出する。
次に、下面射出構造の発光素子について図１３（Ｂ）を用いて説明する。駆動用ＴＦＴ７
０１１がｎ型で、発光素子７０１２から発せられる光が陰極７０１３側に射出する場合の
、画素の断面図を示す。図１３（Ｂ）では、駆動用ＴＦＴ７０１１と電気的に接続された
透光性を有する導電膜７０１７上に、発光素子７０１２の陰極７０１３が成膜されており
、陰極７０１３上に発光層７０１４、陽極７０１５が順に積層されている。なお、陽極７
０１５が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反射または遮蔽するための遮蔽
膜７０１６が成膜されていてもよい。陰極７０１３は、図１３（Ａ）の場合と同様に、仕
事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は
、光を透過する程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍの膜
厚を有するアルミニウム膜を、陰極７０１３として用いることができる。そして発光層７
０１４は、図１３（Ａ）と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層される
ように構成されていてもどちらでも良い。陽極７０１５は光を透過する必要はないが、図
１３（Ａ）と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。そして
遮蔽膜７０１６は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定さ
れない。例えば黒の顔料を添加した樹脂等を用いることもできる。
陰極７０１３及び陽極７０１５で、発光層７０１４を挟んでいる領域が発光素子７０１２
に相当する。図１３（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子７０１２から発せられる光は、
矢印で示すように陰極７０１３側に射出する。
次に、両面射出構造の発光素子について、図１３（Ｃ）を用いて説明する。図１３（Ｃ）
では、駆動用ＴＦＴ７０２１と電気的に接続された透光性を有する導電膜７０２７上に、
発光素子７０２２の陰極７０２３が成膜されており、陰極７０２３上に発光層７０２４、
陽極７０２５が順に積層されている。陰極７０２３は、図１３（Ａ）の場合と同様に、仕
事関数が小さい導電性材料であれば様々な材料を用いることができる。ただしその膜厚は
、光を透過する程度とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するＡｌを、陰極７０２３として
用いることができる。そして発光層７０２４は、図１３（Ａ）と同様に、単数の層で構成
されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極７０
２５は、図１３（Ａ）と同様に、光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成す
ることができる。
陰極７０２３と、発光層７０２４と、陽極７０２５とが重なっている部分が発光素子７０
２２に相当する。図１３（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子７０２２から発せられる光
は、矢印で示すように陽極７０２５側と陰極７０２３側の両方に射出する。
なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子について述べたが、発光素子として無機Ｅ
Ｌ素子を設けることも可能である。
なお、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ（駆動用ＴＦＴ）と発光素子が電気的
に接続されている例を示したが、駆動用ＴＦＴと発光素子との間に電流制御用ＴＦＴが接
続されている構成であってもよい。
なお半導体装置は、図１３に示した構成に限定されるものではなく、本明細書に開示する
技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
次に、半導体装置の一形態に相当する発光表示パネル（発光パネルともいう）の外観及び
断面について、図１１を用いて説明する。図１１（Ａ）は、第１の基板上に形成された薄
膜トランジスタ及び発光素子を、第２の基板との間にシール材によって封止した、パネル
の平面図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のＨ−Ｉにおける断面図に相当する。
第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０
３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂを囲むようにして、シール材４５０５
が設けられている。また画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び
走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂの上に第２の基板４５０６が設けられている。よ
って画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５
０４ａ、４５０４ｂは、第１の基板４５０１とシール材４５０５と第２の基板４５０６と
によって、充填材４５０７と共に密封されている。このように外気に曝されないように気
密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィル
ム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
また第１の基板４５０１上に設けられた画素部４５０２、信号線駆動回路４５０３ａ、４
５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは、薄膜トランジスタを複数有し
ており、図１１（Ｂ）では、画素部４５０２に含まれる薄膜トランジスタ４５１０と、信
号線駆動回路４５０３ａに含まれる薄膜トランジスタ４５０９とを例示している。
薄膜トランジスタ４５０９、４５１０は、実施の形態３で示した酸化物半導体層を含む信
頼性の高い薄膜トランジスタを適用することができる。また実施の形態１又は実施の形態
２に示す薄膜トランジスタを適用してもよい。薄膜トランジスタ４５０９、４５１０はｎ
チャネル型薄膜トランジスタである。
また４５１１は発光素子に相当し、発光素子４５１１が有する画素電極である第１の電極
層４５１７は、薄膜トランジスタ４５１０のソース電極層またはドレイン電極層と電気的
に接続されている。なお発光素子４５１１の構成は、第１の電極層４５１７、電界発光層
４５１２、第２の電極層４５１３の積層構造であるが、示した構成に限定されない。発光
素子４５１１から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１１の構成は適宜変え
ることができる。
隔壁４５２０は、有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。
特に感光性の材料を用い、第１の電極層４５１７上に開口部を形成し、その開口部の側壁
が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
電界発光層４５１２は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成
されていてもどちらでも良い。
発光素子４５１１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層
４５１３及び隔壁４５２０上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化珪素膜、
窒化酸化珪素膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。
また、信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂ
、または画素部４５０２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４５１８ａ、４５１８
ｂから供給されている。
接続端子電極４５１５が、発光素子４５１１が有する第１の電極層４５１７と同じ導電膜
から形成され、端子電極４５１６は、薄膜トランジスタ４５０９、４５１０が有するソー
ス電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜から形成されている。
接続端子電極４５１５は、ＦＰＣ４５１８ａが有する端子と、異方性導電膜４５１９を介
して電気的に接続されている。
発光素子４５１１からの光の取り出し方向に位置する基板には、第２の基板は透光性でな
ければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまた
はアクリルフィルムのような透光性を有する材料を用いる。
また、充填材４５０７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹
脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、
ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶ
Ａ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。例えば充填材として窒素を用い
ればよい。
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、
位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよ
い。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により
反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
信号線駆動回路４５０３ａ、４５０３ｂ、及び走査線駆動回路４５０４ａ、４５０４ｂは
、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜によって形成された駆動回
路で実装されていてもよい。また、信号線駆動回路のみ、或いは一部、又は走査線駆動回
路のみ、或いは一部のみを別途形成して実装しても良く、図１１の構成に限定されない。
以上の工程により、半導体装置として信頼性の高い発光表示装置（表示パネル）を作製す
ることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態８）
本明細書に開示する半導体装置は、電子ペーパーとして適用することができる。電子ペー
パーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である
。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍（電子ブック）、ポスター、電車などの乗り
物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる
。電子機器の一例を図２１、図２２に示す。
図２１（Ａ）は、電子ペーパーで作られたポスター２６３１を示している。広告媒体が紙
の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、本明細書に開示する電
子ペーパーを用いれば短時間で広告の表示を変えることができる。また、表示も崩れるこ
となく安定した画像が得られる。なお、ポスターは無線で情報を送受信できる構成として
もよい。
また、図２１（Ｂ）は、電車などの乗り物の車内広告２６３２を示している。広告媒体が
紙の印刷物である場合には、広告の交換は人手によって行われるが、本明細書に開示する
電子ペーパーを用いれば人手を多くかけることなく短時間で広告の表示を変えることがで
きる。また表示も崩れることなく安定した画像が得られる。なお、広告は無線で情報を送
受信できる構成としてもよい。
また、図２２は、電子書籍２７００の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、
筐体２７０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐
体２７０３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動
作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能
となる。
筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み
込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７は、続き画面を表示する構成として
もよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とするこ
とで、例えば右側の表示部（図２２では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の表示部
（図２２では表示部２７０７）に画像を表示することができる。
また、図２２では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体２
７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカ２７２５などを備えている
。操作キー２７２３により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキー
ボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や
側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢ
ケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成
としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持たせた構成とし
てもよい。
また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
（実施の形態９）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用すること
ができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン
受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメ
ラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう
）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機など
が挙げられる。
図２３（Ａ）は、テレビジョン装置９６００の一例を示している。テレビジョン装置９６
００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映
像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１
を支持した構成を示している。
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー
９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機
９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向
（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
図２３（Ｂ）は、デジタルフォトフレーム９７００の一例を示している。例えば、デジタ
ルフォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示
部９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影
した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳ
Ｂケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構
成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に
備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒
体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像デー
タを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
また、デジタルフォトフレーム９７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい
。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
図２４（Ａ）は携帯型遊技機であり、筐体９８８１と筐体９８９１の２つの筐体で構成さ
れており、連結部９８９３により、開閉可能に連結されている。筐体９８８１には表示部
９８８２が組み込まれ、筐体９８９１には表示部９８８３が組み込まれている。また、図
２４（Ａ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部９８８４、記録媒体挿入部９８８
６、ＬＥＤランプ９８９０、入力手段（操作キー９８８５、接続端子９８８７、センサ９
８８８（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、
化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振
動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９８８９）等を備え
ている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本明細書
に開示する半導体装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成
とすることができる。図２４（Ａ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプ
ログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信
を行って情報を共有する機能を有する。なお、図２４（Ａ）に示す携帯型遊技機が有する
機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
図２４（Ｂ）は大型遊技機であるスロットマシン９９００の一例を示している。スロット
マシン９９００は、筐体９９０１に表示部９９０３が組み込まれている。また、スロット
マシン９９００は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン
投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン９９００の構成は上述の
ものに限定されず、少なくとも本明細書に開示する半導体装置を備えた構成であればよく
、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。
図２５（Ａ）は携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。
図２５（Ａ）の携帯型のコンピュータは、上部筐体９３０１と下部筐体９３０２とを接続
するヒンジユニットを閉状態として表示部９３０３を有する上部筐体９３０１と、キーボ
ード９３０４を有する下部筐体９３０２とを重ねた状態とすることができ、持ち運ぶこと
が便利であるとともに、使用者がキーボード入力する場合には、ヒンジユニットを開状態
として、表示部９３０３を見て入力操作を行うことができる。
また、下部筐体９３０２はキーボード９３０４の他に入力操作を行うポインティングデバ
イス９３０６を有する。また、表示部９３０３をタッチ入力パネルとすれば、表示部の一
部に触れることで入力操作を行うこともできる。また、下部筐体９３０２はＣＰＵやハー
ドディスク等の演算機能部を有している。また、下部筐体９３０２は他の機器、例えばＵ
ＳＢの通信規格に準拠した通信ケーブルが差し込まれる外部接続ポート９３０５を有して
いる。
上部筐体９３０１には更に上部筐体９３０１内部にスライドさせて収納可能な表示部９３
０７を有しており、広い表示画面を実現することができる。また、収納可能な表示部９３
０７の画面の向きを使用者は調節できる。また、収納可能な表示部９３０７をタッチ入力
パネルとすれば、収納可能な表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。
表示部９３０３または収納可能な表示部９３０７は、液晶表示パネル、有機発光素子また
は無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。
また、図２５（Ａ）の携帯型のコンピュータは、受信機などを備えた構成として、テレビ
放送を受信して映像を表示部に表示することができる。また、上部筐体９３０１と下部筐
体９３０２とを接続するヒンジユニットを閉状態としたまま、表示部９３０７をスライド
させて画面全面を露出させ、画面角度を調節して使用者がテレビ放送を見ることもできる
。この場合には、ヒンジユニットを開状態として表示部９３０３を表示させず、さらにテ
レビ放送を表示するだけの回路の起動のみを行うため、最小限の消費電力とすることがで
き、バッテリー容量の限られている携帯型のコンピュータにおいて有用である。
また、図２５（Ｂ）は、腕時計のように使用者の腕に装着可能な形態を有している携帯電
話の一例を示す斜視図である。
この携帯電話は、少なくとも電話機能を有する通信装置及びバッテリーを有する本体、本
体を腕に装着するためのバンド部、腕に対するバンド部の固定状態を調節する調節部９２
０５、表示部９２０１、スピーカ９２０７、及びマイク９２０８から構成されている。
また、本体は、操作スイッチ９２０３を有し、電源入力スイッチや、表示切り替えスイッ
チや、撮像開始指示スイッチの他、例えばスイッチを押すとインタネット用のプログラム
が起動されるなど、各ファンクションを対応づけることができる。
この携帯電話の入力操作は、表示部９２０１に指や入力ペンなどで触れること、又は操作
スイッチ９２０３の操作、またはマイク９２０８への音声入力により行われる。なお、図
２５（Ｂ）では、表示部９２０１に表示された表示ボタン９２０２を図示しており、指な
どで触れることにより入力を行うことができる。
また、本体は、撮影レンズを通して結像される被写体像を電子画像信号に変換する撮像手
段を有するカメラ部９２０６を有する。なお、特にカメラ部は設けなくともよい。
また、図２５（Ｂ）に示す携帯電話は、テレビ放送の受信機などを備えた構成として、テ
レビ放送を受信して映像を表示部９２０１に表示することができ、さらにメモリーなどの
記憶装置などを備えた構成として、テレビ放送をメモリーに録画できる。また、図２５（
Ｂ）に示す携帯電話は、ＧＰＳなどの位置情報を収集できる機能を有していてもよい。
表示部９２０１は、液晶表示パネル、有機発光素子または無機発光素子などの発光表示パ
ネルなどの映像表示装置を用いる。図２５（Ｂ）に示す携帯電話は、小型、且つ、軽量で
あるため、バッテリー容量の限られており、表示部９２０１に用いる表示装置は低消費電
力で駆動できるパネルを用いることが好ましい。
なお、図２５（Ｂ）では”腕”に装着するタイプの電子機器を図示したが、特に限定され
ず、携行できる形状を有しているものであればよい。
本実施例では、発明の一形態である薄膜トランジスタを作製し、その電気特性を評価した
結果を示す。
本実施例では工程の異なる４種類の薄膜トランジスタ（Ａ〜Ｄ）を作製した。薄膜トラン
ジスタの作製方法を説明する。ガラス基板上に下地膜として、ＣＶＤ法により膜厚１００
ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成し、酸化窒化珪素膜上にゲート電極層としてスパッタ法によ
り膜厚１５０ｎｍのタングステン膜を形成し、ゲート電極層上にゲート絶縁層としてＣＶ
Ｄ法により膜厚２００ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。
ゲート絶縁層上に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ
２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いて、基板とターゲットの間との距離を６０ｍｍ、圧
力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、アルゴン及び酸素（アルゴン：酸素＝３０
ｓｃｃｍ：１５ｓｃｃｍ）雰囲気下で成膜し、半導体層を形成した。
半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層としてチタン膜（膜厚５０ｎｍ）、アルミ
ニウム膜（膜厚２００ｎｍ）、及びチタン膜（膜厚５０ｎｍ）の積層を、スパッタ法によ
り形成した。
次に、薄膜トランジスタＡ及びＢにおいては、半導体層を大気雰囲気下、３５０℃で１時
間加熱し、薄膜トランジスタＣ及びＤにおいては、半導体層を窒素雰囲気下、３５０℃で
１時間加熱した。この加熱処理を第１の加熱処理とする。
薄膜トランジスタ（Ａ〜Ｄ）において、半導体層に接するように絶縁膜としてスパッタ法
により膜厚３００ｎｍの酸化珪素膜を形成した。さらに絶縁膜上に配線層としてチタン膜
（膜厚５０ｎｍ）、アルミニウム膜（膜厚２００ｎｍ）、及びチタン膜（膜厚５０ｎｍ）
の積層を、スパッタ法により形成した。
次に、薄膜トランジスタＡ及びＣにおいては、大気雰囲気下、２５０℃で１時間加熱し、
薄膜トランジスタＢ及びＤにおいては、半導体層を窒素雰囲気下、２５０℃で１時間加熱
した。この加熱処理を第２の加熱処理とする。
以上の工程で、第１の加熱処理が大気雰囲気下３５０℃で１時間、第２の加熱処理が大気
雰囲気下２５０℃で１時間の薄膜トランジスタＡ、第１の加熱処理が大気雰囲気下３５０
℃で１時間、第２の加熱処理が窒素雰囲気下２５０℃で１時間の薄膜トランジスタＢ、第
１の加熱処理が窒素雰囲気下３５０℃で１時間、第２の加熱処理が大気雰囲気下２５０℃
で１時間の薄膜トランジスタＣ、第１の加熱処理が窒素雰囲気下３５０℃で１時間、第２
の加熱処理が窒素雰囲気下２５０℃で１時間の薄膜トランジスタＤを作製した。薄膜トラ
ンジスタＡ〜Ｄの半導体層のチャネル長（Ｌ）は２０μｍ、チャネル幅（Ｗ）は２０μｍ
であった。
薄膜トランジスタＡ〜ＤにそれぞれＢＴストレス試験（バイアス・温度ストレス試験）を
行い、電気特性を評価した。ＢＴストレス試験における測定条件は、温度１５０℃、時間
１時間、ゲート電圧（Ｖｇ）＋２０Ｖ、ドレイン電圧（Ｖｄ）１Ｖと１０Ｖである。
図２６はプラスゲートＢＴストレス試験、図２７はマイナスゲートＢＴストレス試験の結
果（Ｖｇ（ゲート電圧）−Ｉｄ（ドレイン電流）、Ｖｇ（ゲート電圧）−Ｉｇ（ゲート電
流）、Ｖｇ（ゲート電圧）−μＦＥ（移動度））であり、図２６（Ａ）図２７（Ａ）に薄
膜トランジスタＡ、図２６（Ｂ）図２７（Ｂ）に薄膜トランジスタＢ、図２６（Ｃ）図２
７（Ｃ）に薄膜トランジスタＣ、図２６（Ｄ）図２７（Ｄ）に薄膜トランジスタＤの評価
結果を示す。なお図２６中の矢印は試験前と試験後のＶｇ（ゲート電圧）−Ｉｄ（ドレイ
ン電流）曲線のシフトを示している。
図２７（Ａ）乃至（Ｄ）に示すように、マイナスゲートＢＴストレス試験においては、薄
膜トランジスタＡ〜Ｄにおいてしきい値電圧のシフト（動き）はほとんど見られなかった
。
しかし、図２６（Ａ）乃至（Ｄ）に示すように、プラスゲートＢＴストレス試験において
は、第１の加熱処理を大気雰囲気下で行った薄膜トランジスタＡ（図２６（Ａ））及び薄
膜トランジスタＢ（図２６（Ｂ））はプラスゲートＢＴストレス試験前と試験後とではそ
のしきい値電圧が大きくシフトしており、＋１５Ｖ以上の動きがあった。一方、第１の加
熱処理を窒素雰囲気下で行った薄膜トランジスタＣ（図２６（Ｃ））及び薄膜トランジス
タＤ（図２６（Ｄ））はプラスゲートＢＴストレス試験前と試験後とではそのしきい値電
圧にほとんどシフトがなく動きは＋５Ｖ以下であった。よって、第１の加熱処理を窒素雰
囲気下で行って作製した薄膜トランジスタＣ及び薄膜トランジスタＤにおいては、安定し
た電気特性を有することが確認できた。
以上のことから、本明細書で開示する発明のように、半導体層形成後、絶縁膜形成前に行
う第１の加熱処理を窒素雰囲気下で行って薄膜トランジスタを作製すると、安定した電気
特性の薄膜トランジスタとすることができ、該薄膜トランジスタを有する半導体装置に高
い信頼性を付与できることが確認できた。

Claims (1)

  1. ゲート電極層を形成し、
    前記ゲート電極層上にゲート絶縁層を形成し、
    前記ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、
    前記酸化物半導体層を窒素雰囲気下で加熱し、
    前記加熱した後、前記酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
    前記ゲート絶縁層、前記酸化物半導体層、前記ソース電極層、及び前記ドレイン電極層上に前記酸化物半導体層の一部と接する酸化珪素膜を形成して、前記酸化物半導体層の前記酸化珪素膜と接する領域を前記酸化物半導体層の前記酸化珪素膜と接しない領域より高抵抗化する、半導体装置の作製方法。
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